炔烃前体结构对碳纳米管手性分布的影响：针对多种催化剂类型的数据密集型分析

《ACS Nano》：Influence of Alkyne Precursor Structure on Carbon Nanotube Chiral Distribution: Data-Dense Analysis Across Multiple Catalyst Types

碳纳米管手性调控研究显示，催化剂结构主导 chirality 分布，而前驱体结构影响分布宽度。采用5种过渡金属催化剂和7种含炔基前驱体，通过多波长拉曼光谱分析5145个生长位点，发现不同前驱体合成直径范围（0.8-1.4 nm）及手性分布差异，但未产生统一手性偏移，证实金属-前驱体键合通过炔烃聚合机制实现。

　　

碳纳米管（CNTs）在光电学和半导体领域是一种非常有前景的材料，因为它们的电子特性（例如带隙）取决于其手性，而手性又由直径和晶格角度决定。遗憾的是，目前工业规模的合成技术还无法实现单一手性的碳纳米管生长，因此需要通过后合成分离技术来提纯手性混合物，这增加了工艺的复杂性和成本。在本研究中，我们利用一系列末端炔烃前体（乙炔、甲基乙炔、乙烯基乙炔、1-丁炔、3-丁炔-2-醇的两种对映体及其外消旋混合物）在五种过渡金属催化剂（Fe、FeMo以及不同比例的CoMo）上生长碳纳米管，探讨了前体结构对手性分布的影响。通过对5,145个样品点（包括5种催化剂、7种前体、3种激光器以及每种催化剂在基底上的49个不同位置）进行多波长拉曼光谱分析，发现乙炔生成的碳纳米管直径最小，而乙烯基乙炔生成的亚纳米级碳纳米管数量较少。虽然前体结构并不能决定手性的统一变化方向，但它可以扩大或缩小手性分布的范围；相比之下，催化剂结构起到了决定性作用。这一现象与金属-前体之间的结合机制一致——即通过炔烃聚合反应，金属与前体通过不饱和键发生相互作用。