高产高纯制备半导体性单壁碳纳米管实现突破

原文地址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/4/498331.shtm

具有特定导电属性的单壁碳纳米管（SWCNTs）可控制备，是未来纳米电子器件应用的迫切需求。然而，要实现半导体性单壁碳纳米管（s-SWCNTs）纯度和产率的同时提高，仍然是一个挑战。

日前，西北工业大学材料学院教授赵廷凯团队对半导体性单壁碳纳米管的可控制备进行深入研究，提出一种新的多循环生长工艺，选择性合成的半导体性单壁碳纳米管丰度高达93.2%，产率从0.76%提高到1.34%，为大规模合成高纯度半导体性单壁碳纳米管提供了新方法。

相关研究成果《通过催化剂再生多循环工艺生长高纯度与高产率半导体性单壁碳纳米管》正式发表于最新一期《化学工程杂志》。

  ?

半导体性单壁碳管多循环生长示意图 杨磊供图

文章通讯作者赵廷凯告诉《中国科学报》，半导体性单壁碳纳米管由于特殊的管壁结构使其具有独特的电学、光学等性质，对于开发新型纳米电子元器件和传感器具有重要意义。而传统制备方法获得的单壁碳纳米管，通常是金属性（m-SWCNTs）和半导体性单壁碳纳米管的混合物，并难以分离，严重阻碍了其广泛应用。

多年来，作者团队对碳纳米管、石墨烯、MXene及其复合材料的制备与性能进行了系统研究，为其在能源转换、电子信息、生物医药、航空航天等领域的实际应用打下基础。

赵廷凯团队博士研究生、文章第一作者杨磊告诉《中国科学报》，为了对半导体性单壁碳纳米管的可控制备技术有所突破，该团队提出了一种催化剂再生多循环选择性生长半导体性单壁碳纳米管的新工艺技术——通过再活化已失活的催化剂颗粒和生长碳源类型的有效调控，直接进行半导体性单壁碳纳米管的多次循环生长，并通过理论计算揭示了选择性生长半导体性单壁碳纳米管的微观机理。

运用该新工艺技术，能够成功实现高纯度与高产率半导体性单壁碳纳米管的可控制备。该成果为大规模选择性生长高纯度半导体性单壁碳纳米管提供了有效手段和新思路，为半导体性单壁碳纳米管在纳米电子器件、信息通讯和生物医药等领域的广泛应用打下坚实基础。