近日，西班牙 POLYMAT 的Aurelio Mateo-Alonso領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種由較小納米帶直接合成的方法，像樂高積木一樣，用長(zhǎng)度僅為2納米的小結(jié)構(gòu)構(gòu)筑基本模塊。每個(gè)模塊都有互補(bǔ)的端基（羰基或胺基）。在適當(dāng)?shù)乃嵝詶l件下，會(huì)觸發(fā)類似點(diǎn)擊的縮聚反應(yīng)將它們連接在一起。每次迭代都會(huì)形成一個(gè)指數(shù)級(jí)更長(zhǎng)的納米帶，最終形成創(chuàng)紀(jì)錄的近36納米長(zhǎng)的石墨烯納米帶。

 

　　這種“加速”模塊化方法制造出的分子納米帶長(zhǎng)度是有史以來最長(zhǎng)的三倍，且只需三個(gè)簡(jiǎn)單的步驟。超長(zhǎng)石墨烯納米帶近 36 納米，具有 147 個(gè)線性融合環(huán)和由 920 個(gè)原子組成的共軛核心。由于其熒光特性優(yōu)于最先進(jìn)的量子點(diǎn)，有望在電子和光電子領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在此之前，該研究團(tuán)隊(duì)相繼制造出當(dāng)時(shí)破紀(jì)錄的7.7納米長(zhǎng)以及13納米長(zhǎng)的石墨烯納米帶。相關(guān)研究以“Accelerated iterative synthesis of ultralong graphene nanoribbons with full atomic precision”為題發(fā)表在《Cell Press》雜志上。

 

　　圖文導(dǎo)讀

 

　　

 

　　GNR的收斂迭代合成 (A)結(jié)構(gòu)信息（分子式僅表示芳香族核中的原子，灰色部分突出顯示) (B) NR-27-Q、NR-67-Q和NR147-Q的收斂迭代合成路線。

 

　　

 

　　結(jié)構(gòu)表征。(A) NR-7-Q、NR-27-Q、NR-67-Q和NR-147-Q的500 MHz 1 H NMR譜(CDCl3, RT)和(B) MALDI-TOF質(zhì)譜 (C) NR-7-Q (D) NR-27-Q (E) NR-67-Q (F) NR-147-Q最穩(wěn)定的(P,M,P)構(gòu)象的不同觀點(diǎn)。

 

　

 

　  GNRs的光學(xué)和電化學(xué)表征。(A) gnr在CHCl3中的紫外-可見吸收光譜和(C)熒光光譜。(B)自然光下NRs在CHCl3中的5 mM溶液和(D)紫外光下。(E)n-Bu4NPF6/CH2Cl2中g(shù)nr的循環(huán)伏安圖。(F) NR-147-Q選定的前沿軌道。

　

　　GNR長(zhǎng)度相關(guān)光電導(dǎo)率測(cè)量。(A)不同GNR的時(shí)間分辨太赫茲光電導(dǎo)率在共振激勵(lì)下與吸收光子密度歸一化。(B)由德魯?shù)?史密斯模型推斷的電荷散射時(shí)間;虛線表示長(zhǎng)度相關(guān)散射的簡(jiǎn)單模型補(bǔ)充信息中描述的時(shí)間/光電導(dǎo)率。(C)NR-147-Q在1.0 ps時(shí)的頻率分辨復(fù)太赫茲光導(dǎo)率。實(shí)線對(duì)應(yīng)于德魯?shù)?史密斯擬合描述了復(fù)雜太赫茲光電導(dǎo)率的實(shí)分量和虛分量。

 

　　總結(jié)

 

　　總體而言，該研究展示了在合成分子級(jí)石墨烯納米帶方面收斂迭代方法的強(qiáng)大威力，并為設(shè)計(jì)和合成其他類型可溶性巨型GNRs和納米石墨烯，以全原子精度揭示其長(zhǎng)度和尺寸對(duì)性質(zhì)影響的細(xì)節(jié)鋪平了道路。研究還表明，超長(zhǎng)分子級(jí)GNRs的光電性能可以與量子點(diǎn)相媲美，可能為 LED、光伏、成像等領(lǐng)域的應(yīng)用打開大門，而全原子精度帶來的控制和再現(xiàn)性在這些性質(zhì)方面提供了額外的價(jià)值。