二维石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，然而其带隙为零，限制了它应用于半导体方向。本征地，将石墨烯做成准一维的纳米带结构时，自然地就会引入带隙，克服了二维石墨烯无带隙的限制。

    此前，表面合成是唯一一种可以精准合成特定边缘结构和宽度的方法。近几年来，我们课题组发现将某些特定的有机金属化合物或芳烃分子作为前驱体填充到单壁碳纳米管后，在真空中高温退火可以将前驱体分子转化为具有精确边缘结构和宽度的准一维石墨烯纳米带（Carbon 2021, 171, 221-229；Small Methods 2022, 6, 2200110；Nano Res. 2022,  15, 1709−1714），成为第二种可控合成石墨烯纳米带的方法。对于填充分子的选择也和表面化学法类似，往往需要连接溴等卤素在分子的特定位置，从而实现分子之间的定向聚合。

    近期，我们课题组发现，选择特定结构的长宽比较大的分子，能够实现分子之间的定向聚合而无需卤素，既避免了卤素对样品本身的污染，也能得到产率更高的石墨烯纳米带。具体而言，假如使用perylene分子填充碳纳米管，由于其长宽尺寸相差不大，导致其在碳纳米管中可以在各个方向旋转，在聚合过程中就无法控制在某一方向上聚合，从而使得制备得到的5-扶手椅型石墨烯纳米带的产率较低；而使用quaterrylene分子，也可以看作是perylene分子的二聚体，由于其长度较长，因此在填充进入碳纳米管时，只能通过长度方向进入，从而使得分子在碳纳米管中呈定向排列，那么在聚合时自然就实现了定向聚合，因此得到了高纯的5-扶手椅型石墨烯纳米带。

    本文第一作者为中山大学的博士后崔玮丽博士，共同通讯作者为中山大学的石磊和上海科技大学的曹克诚，杨国伟教授对本文进行了指导；张文迪做了电镜表征；唐鲲鹏和陈颖芝对本文亦有贡献。本论文的研究受到国家自然科学基金面上项目 (52472059)、广州市基础与应用基础研究面上项目 (202201011790)、中央基本科研业务费-中山大学(22lgqb03) 和光电材料与技术国家重点实验室自主课题 (OEMT-2022-ZRC-01)的资助。

  论文信息：Precursor-driven confined synthesis of highly pure 5-armchair graphene nanoribbons. Small Methods, DOI: 10.1002/smtd.202401168 (2024). Weili Cui, Wendi Zhang, Kunpeng Tang, Yingzhi Chen, Kecheng Cao*, Lei Shi*, Guowei Yang.

      论文链接：https://doi.org/10.1002/smtd.202401168