早在2016年，石磊副教授和Thomas Pichler教授等人合作发展了一种碳纳米管限域合成法，利用碳纳米管为模板合成了世界上最长的一维碳链，且在常温常压下具有优异的稳定性（Shi L., et al. Nature Materials, 15, 634-639, 2016）。此后，通过超声和梯度密度离心我们还实现了抽出和分离双壁碳纳米管中的碳链和内层碳纳米管，发现碳链的性能和内层碳纳米管密切相关，而与外层碳纳米管无关（Shi L., et al. ACS Nano, 12, 8477-8484, 2018）。随后与瑞士苏黎世联邦理工学院的合作研究表明单根碳链的性能确实可以通过碳纳米管和碳链之间的相互作用来调控（Heeg S., et al. Nano Letters, 18, 5426-5431, 2018）。在此基础上，利用单壁碳纳米管转化成的不同直径的双壁碳纳米管为模板，合成了性能可控的一维碳链。通过碳纳米管的直径可以控制此相互作用的大小，从而最终实现了一维碳链的性能调控，其带隙可在1.8到2.3电子伏特之间调节（Shi L. et al. Nano Letters, 21, 1096–1101, 2021）。此后，利用碳纳米管限域合成法，将同位素标记的甲醇填充到单壁碳纳米管中后转化，首次合成同位素标记的碳链（Cui W., et al. Angewandte Chemie-International Edition, 60, 9897–9901, 2021），而填充同位素标记的C60则合成了同位素标记含量达到28%的碳链，发现碳链的形成不仅和填充前驱体有关，而且和碳纳米管的质量和直径相关（Cui W., et al. Advanced Functional Materials, 32, 2206491, 2022）。
近期，课题组在Nano Research发表研究论文，提出了一种生长碳链产率达最高的合成路线，即填充C70到单壁碳纳米管中后转化为双壁碳纳米管，再在双壁碳纳米管的内外层引入缺陷，最后在高温下重构双壁碳纳米管将缺陷愈合，重构过程中多余出的碳原子最终生成了一维碳链，其产率比直接在单壁碳纳米管中生长的碳链产率高16.3倍，比引入C70填充但是不造缺陷制备出的碳链的产率高1.6倍，比填充C60并引入缺陷制备出的碳链的产率高1.8倍。该方法是目前为止最有效生长碳链的方法。
相关的研究成果以“Unraveling the governing properties of confined carbyne through the interaction with its carbon nanotube host.”为题发表在学术期刊Nano Research。中山大学的奉泱豪和上海科技大学的张文迪为论文共同第一作者，崔玮丽博士、上海科技大学曹克诚教授为共同通讯作者，石磊副教授为最后通讯作者。该研究工作部分受到广州市基础与应用基础研究基金、国家自然科学基金、上海启明星计划、中山大学中央高校基本科研业务费、光电材料与技术国家重点实验室自主课题、广东省教育厅特色创新项目、中山大学绿色化学与分子工程研究院、广东省显示材料与技术重点实验室开放课题的支持。
论文信息：A robust synthesis route of confined carbyne. Nano Research, Accepted (2024) Yanghao Feng#, Wendi Zhang#, Kunpeng Tang, Yingzhi Chen, Jiou Zhang, Kecheng Cao*, Weili Cui*, Lei Shi*.
