近期研究表明，碳納米管表面sp3功能化可以調(diào)控其發(fā)光波長(zhǎng)，并可以大幅提高碳納米管的發(fā)光效率。通過(guò)sp3調(diào)控手段增強(qiáng)碳納米管的發(fā)光效率依賴于碳納米管的手性角。隨著手性角的減小，碳納米管光子發(fā)射能量逐漸紅移，最終坍縮到單一的發(fā)射態(tài)，表明小手性角的鋸齒型或近鋸齒型碳納米管在單光子發(fā)射器件方面可能具有較好的應(yīng)用前景。目前，對(duì)于鋸齒型和近鋸齒型碳納米管的宏量制備，無(wú)論是生長(zhǎng)還是分離都面臨挑戰(zhàn)，直接限制了這些碳納米管性質(zhì)和應(yīng)用的研究。

　　近日，該團(tuán)隊(duì)博士后楊德華在劉華平、副研究員魏小均、研究員周維亞及中科院院士解思深的指導(dǎo)下，與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所首席研究員Hiromichi Kataura合作，發(fā)展了高精度凝膠色譜技術(shù)，突破了近鋸齒型單一手性碳納米管的宏量制備瓶頸。在十二烷基硫酸鈉、膽酸鈉復(fù)合表面活性劑體系中，發(fā)現(xiàn)低溫下（<18℃）可以實(shí)現(xiàn)小手性角碳納米管，特別是鋸齒型和近鋸齒型碳納米管在凝膠媒介上的高選擇性吸附（圖1）。在此基礎(chǔ)上，研究人員提出兩步分離策略對(duì)近鋸齒型碳納米管單一手性結(jié)構(gòu)進(jìn)行宏量分離（圖2）：第一步，室溫下利用十二烷基硫酸鈉、膽酸鈉、脫氧膽酸鈉復(fù)合表面活性劑選擇性分步洗脫吸附在凝膠中的碳納米管對(duì)其直徑進(jìn)行分離；第二步，通過(guò)調(diào)控十二烷基硫酸鈉、膽酸鈉二元表面活性劑體系的溫度到18℃以下，對(duì)直徑相似的碳納米管進(jìn)行手性角分離。利用這種兩步分離技術(shù)，研究人員分離制備出11種手性角小于20°的單一手性碳納米管，其中7種單一手性碳納米管的分離產(chǎn)量達(dá)到次毫克量級(jí)，如(7, 3), (8, 3), (8, 4), (9, 1), (9, 2), (10, 2)及 (11, 1)等（圖3）。該研究將宏量分離的單一手性碳納米管的種類擴(kuò)展到10余種，為系統(tǒng)探測(cè)和調(diào)控碳納米管的物理性質(zhì)及其在信息電子、光電子、生物成像等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了材料基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究成果以Submilligram-scale separation of near-zigzag single-chirality carbon nanotubes by temperature controlling a binary surfactant system為題，發(fā)表在Science Advances上，并被美國(guó)Nanowerk News作為亮點(diǎn)工作報(bào)道。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院等的資助。

　　論文鏈接 

　　圖1.溫度調(diào)控實(shí)現(xiàn)碳納米管手性角的選擇性吸附。（A）分離碳納米管手性角示意圖；（B）十二烷基硫酸鈉、膽酸鈉復(fù)合表面活性體系中，不同溫度下吸附在凝膠媒介中的碳納米管光吸收譜；（C）不同溫度下選擇性吸附的碳納米管的手性角分布

　　圖2.通過(guò)直徑、手性角連續(xù)分離單一手性鋸齒型和近鋸齒型碳納米管示意圖

　　圖3.分離制備的單一手性碳納米管表征。（A）分離制備的15種單一手性碳納米管光吸譜及（B）溶液照片；（C）各種單一手性碳納米管的純度分布；D、次毫克量級(jí)單一手性碳納米管溶液照片