中評社北京4月26日電／據中國科學報報道，北京高壓科學研究中心毛河光院士與鄭海燕、李闊課題組，首次在高壓下合成出高度有序的晶態金剛石結構納米線，並確定了其具體結構，詳細研究了從三嗪單體到金剛石納米線的反應路徑，揭示了反應選擇性對產物有序性的重要意義，對在高壓下設計合成結構專一的新型碳材料和理解芳香分子在壓力下的聚合反應具有重要意義。相關成果近日發表於美國《國家科學院院刊》。
金剛石納米線是一種特殊的金剛石基材料。其中碳原子形成化學鍵的方式與金剛石類似，因此與金剛石有著相似的性質（硬度、絕緣性、穩定性等）。不同於金剛石的三維網絡結構，金剛石納米線在長度方向可以無限生長，但在另外兩個方向卻非常細（～0.5納米），僅相當於一根頭髮絲（～50微米）的1／100000。這種特殊的結構使該材料具有與碳納米管相當或更高的拉伸強度，同時還具有極強的柔韌性。2015年，美國科學家首次以苯為原料在20萬個大氣壓下合成了金剛石納米線。隨後科學家通過選擇不同的芳香分子作為原料，在高壓下相繼合成了一系列含有其它元素的金剛石納米線。然而，這些金剛石納米線內部原子連接的有序性較差，常形成混合物，阻礙了進一步的研究和應用。
在新研究中，研究人員發現產物有序性差的原因是合成反應的選擇性較差。苯環上的原子全部為碳原子，高壓下都可以參與聚合反應，導致反應的混亂度增加。因此，研究人員用均三嗪代替苯作為合成金剛石納米線的原料，提高了反應物分子中不同位置原子的反應選擇性，最終首次合成得到高度有序的晶化納米線。隨後，研究人員確定了所得到的納米線具有專一的tube（3，0）結構，納米線之間具有理想的六方堆積，而沿納米線方向存在一定的無序。研究人員通過質譜手段表征了反應中間體，確定了反應單體之間的碳—氮成鍵方式，並結合理論計算發現三嗪單體在壓力下發生了連續的［1，3，5］協同加成反應，最終生成了tube（3，0）結構納米線。 |
