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BN纳米管的水溶液化学修饰及碳控制掺杂研究取得新进展

藁城网 时间:2020-05-18 20:26:45 来源:迈可资讯网
*近,中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家实验室王文龙、符汪洋、王恩哥等人与日本国立材料研究所(NIMS)的科研人员合作,在BN纳米管的表面化学修饰与碳掺杂研究方面取得了新进展。相关研究成果已发表在近期的J.Am.Chem.Soc.(2008,130,8144)上。
王恩哥研究组一直从事轻元素B、C、N体系纳米管材料的相关研究,此次他们在水溶液体系中,利用共轭有机分子的一种水溶性衍生物(PTAS)作为修饰分子,通过非共价π-π相互作用首次成功得到了羧基功能化的BN纳米管,为实现BN纳米管在化学与生物传感器以及纳米复合材料等方面的应用开辟了一条新途径。此外该工作更有意义的一个结果是,在利用PTAS对BN纳米管表面化学修饰的基础上,成功发展出了一种对BN纳米管进行C掺杂的新方法。研究中所采用BN纳米管为多壁管,结果表明C取代掺杂只发生于多壁纳米管中“近表面”(near-surface)的少数几层BN晶格中,而里层的BN则并未被C所掺杂。换言之,掺杂后的产物为B-C-N/BN共轴异质纳米管结构。进一步的电输运测量结果表明,经C控制掺杂后BN纳米管的电学性质发生了显著改变:与纯BN纳米管的绝缘体行为不同,B-C-N纳米管层表现出典型的p-型半导体行为。
氮化硼(BN)纳米管是轻元素纳米管材料家族中的重要成员之一。在元素周期表中,C为6号元素,而B、N分别为5、7号元素,B-N对与C-C对互为等电子体。BN纳米管具有与C纳米管相似的石墨化结构,并具有与C纳米管同样优异的力学性能与热传导性能,同时其耐高温与抗氧化能力更强。另外与C纳米管不同的是,BN纳米管的电子能带结构与直径和手性无关,其电学性质是均一可控的。纯BN纳米管的带隙宽度约为5.5eV,为宽带隙半导体材料。理论和实验研究均已经表明,BN纳米管的带隙可以通过施加横向电场(StarkEffect)、结构形变、掺杂等手段来被进一步调节。其中*具研究价值的是C原子的取代掺杂。基于BN与C纳米管在结构上的相似性,通过C的控制掺杂理论上可以实现纳米管带隙宽度在BN与C之间的大幅度调节。可控、可调的电子能带结构,使得BN与B-C-N纳米管在纳米电子器件等领域具有重要应用前景。
该研究工作得到了国家自然科学基金委的项目资助。
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