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van der Waals SWCNT@BN Heterostructures Synthesized from Solution-Processed Chirality-Pure Single-Wall Carbon Nanotubes
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2022-11-08 , DOI: 10.1021/acsnano.2c07128 Chiyu Zhang 1 , Jacob Fortner 1 , Peng Wang 1 , Jeffrey A Fagan 2 , Shuhui Wang 3 , Ming Liu 3 , Shigeo Maruyama 3 , YuHuang Wang 1, 4
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2022-11-08 , DOI: 10.1021/acsnano.2c07128 Chiyu Zhang 1 , Jacob Fortner 1 , Peng Wang 1 , Jeffrey A Fagan 2 , Shuhui Wang 3 , Ming Liu 3 , Shigeo Maruyama 3 , YuHuang Wang 1, 4
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Single-wall carbon nanotubes in boron nitride (SWCNT@BN) are one-dimensional van der Waals heterostructures that exhibit intriguing physical and chemical properties. As with their carbon nanotube counterparts, these heterostructures can form from different combinations of chiralities, providing rich structures but also posing a significant synthetic challenge to controlling their structure. Enabled by advances in nanotube chirality sorting, clean removal of the surfactant used for solution processing, and a simple method to fabricate free-standing submonolayer films of chirality pure SWCNTs as templates for the BN growth, we show it is possible to directly grow BN on chirality enriched SWCNTs from solution processing to form van der Waals heterostructures. We further report factors affecting the heterostructure formation, including an accelerated growth rate in the presence of H2, and significantly improved crystallization of the grown BN, with the BN thickness controlled down to one single BN layer, through the presence of a Cu foil in the reactor. Transmission electron microscopy and electron energy-loss spectroscopic mapping confirm the synthesis of SWCNT@BN from the solution purified nanotubes. The photoluminescence peaks of both (7,5)- and (8,4)-SWCNT@BN heterostructures are found to redshift (by ∼10 nm) relative to the bare SWCNTs. Raman scattering suggests that the grown BN shells pose a confinement effect on the SWCNT core.
中文翻译：
由溶液处理的手性纯单壁碳纳米管合成的范德瓦尔斯 SWCNT@BN 异质结构
氮化硼中的单壁碳纳米管 (SWCNT@BN) 是一维范德瓦尔斯异质结构，具有有趣的物理和化学性质。与它们的碳纳米管对应物一样，这些异质结构可以由不同的手性组合形成，提供丰富的结构，但也对控制其结构提出了重大的合成挑战。通过纳米管手性分选的进步、用于溶液处理的表面活性剂的清洁去除以及制造手性纯 SWCNT 的独立亚单层膜作为 BN 生长模板的简单方法，我们表明可以直接在 BN 上生长手性从溶液加工中富集 SWCNT 以形成范德瓦尔斯异质结构。我们进一步报告了影响异质结构形成的因素，如图 2所示，并且通过在反应器中存在 Cu 箔，显着改善了生长的 BN 的结晶，将 BN 厚度控制到一个 BN 层。透射电子显微镜和电子能量损失光谱图证实了从溶液纯化的纳米管中合成 SWCNT@BN。发现 (7,5)- 和 (8,4)-SWCNT@BN 异质结构的光致发光峰相对于裸露的 SWCNT 发生红移（~10 nm）。拉曼散射表明生长的 BN 壳对 SWCNT 核具有限制作用。
更新日期：2022-11-08
中文翻译：
由溶液处理的手性纯单壁碳纳米管合成的范德瓦尔斯 SWCNT@BN 异质结构
氮化硼中的单壁碳纳米管 (SWCNT@BN) 是一维范德瓦尔斯异质结构，具有有趣的物理和化学性质。与它们的碳纳米管对应物一样，这些异质结构可以由不同的手性组合形成，提供丰富的结构，但也对控制其结构提出了重大的合成挑战。通过纳米管手性分选的进步、用于溶液处理的表面活性剂的清洁去除以及制造手性纯 SWCNT 的独立亚单层膜作为 BN 生长模板的简单方法，我们表明可以直接在 BN 上生长手性从溶液加工中富集 SWCNT 以形成范德瓦尔斯异质结构。我们进一步报告了影响异质结构形成的因素，如图 2所示，并且通过在反应器中存在 Cu 箔，显着改善了生长的 BN 的结晶，将 BN 厚度控制到一个 BN 层。透射电子显微镜和电子能量损失光谱图证实了从溶液纯化的纳米管中合成 SWCNT@BN。发现 (7,5)- 和 (8,4)-SWCNT@BN 异质结构的光致发光峰相对于裸露的 SWCNT 发生红移（~10 nm）。拉曼散射表明生长的 BN 壳对 SWCNT 核具有限制作用。
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