近日，西班牙 POLYMAT 的Aurelio Mateo-Alonso領導的研究團隊，開發了一種由較小納米帶直接合成的方法，像樂高積木一樣，用長度僅為2納米的小結構構筑基本模塊。每個模塊都有互補的端基（羰基或胺基）。在適當的酸性條件下，會觸發類似點擊的縮聚反應將它們連接在一起。每次迭代都會形成一個指數級更長的納米帶，最終形成創紀錄的近36納米長的石墨烯納米帶。

 

　　這種“加速”模塊化方法制造出的分子納米帶長度是有史以來最長的三倍，且只需三個簡單的步驟。超長石墨烯納米帶近 36 納米，具有 147 個線性融合環和由 920 個原子組成的共軛核心。由于其熒光特性優于最先進的量子點，有望在電子和光電子領域得到廣泛應用。在此之前，該研究團隊相繼制造出當時破紀錄的7.7納米長以及13納米長的石墨烯納米帶。相關研究以“Accelerated iterative synthesis of ultralong graphene nanoribbons with full atomic precision”為題發表在《Cell Press》雜志上。

 

　　圖文導讀

 

　　

 

　　GNR的收斂迭代合成 (A)結構信息（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。

 

　　

 

　　結構表征。(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質譜 (C) NR-7-Q (D) NR-27-Q (E) NR-67-Q (F) NR-147-Q最穩定的(P,M,P)構象的不同觀點。

 

　

 

　  GNRs的光學和電化學表征。(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gnr的循環伏安圖。(F) NR-147-Q選定的前沿軌道。

　

　　GNR長度相關光電導率測量。(A)不同GNR的時間分辨太赫茲光電導率在共振激勵下與吸收光子密度歸一化。(B)由德魯德-史密斯模型推斷的電荷散射時間;虛線表示長度相關散射的簡單模型補充信息中描述的時間/光電導率。(C)NR-147-Q在1.0 ps時的頻率分辨復太赫茲光導率。實線對應于德魯德-史密斯擬合描述了復雜太赫茲光電導率的實分量和虛分量。

 

　　總結

 

　　總體而言，該研究展示了在合成分子級石墨烯納米帶方面收斂迭代方法的強大威力，并為設計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度和尺寸對性質影響的細節鋪平了道路。研究還表明，超長分子級GNRs的光電性能可以與量子點相媲美，可能為 LED、光伏、成像等領域的應用打開大門，而全原子精度帶來的控制和再現性在這些性質方面提供了額外的價值。