学校材料科学与工程学院陈木青特聘研究员，联合中国科学技术大学杜平武教授以及浙江工业大学朱艺涵教授，研制出首个具有氮掺杂黎曼曲面的弯曲碳纳米螺线管材料，填补了氮杂原子掺杂弯曲碳螺旋材料领域的空白。近日，该研究成果以东莞理工学院材料科学与工程学院为第一单位发表在自然子刊《Nature Communications》。
分子基碳材料因其独特的几何形状，具备导电性、良好的可见光吸收性和发光性等物理化学性质，受到广泛关注。一个石墨烯平面围绕着垂直于基面的线连续螺旋，可形成具有黎曼曲面的三维结构(图1)。理论预测表明，当施加电压时，具有类似于黎曼曲面的碳螺线管可作为量子导体，产生较大的磁场和电感。据预测，具有黎曼面的碳纳米螺线管材料具有独特的结构和新颖的物理性质。然而，实现这种具有大共轭延伸的螺旋拓扑形貌是一项重大挑战，因此也激起广大化学家们设计和合成这类多维曲面碳结构的浓厚兴趣。
图2. N-CNS的iDPC-STEM表征
该研究成果首次使用自下而上的方法合成了氮掺杂的碳纳米螺线管材料(N-CNS)，并且给出明确的结构。N-CNS是通过理性的Suzuki聚合反应，经氧化环化脱氢得到的。通过GPC、FTIR、固体13C NMR和Raman等表征技术对N-CNS的成功合成进行了充分表征。利用低剂量集成差分相衬度扫描透射电子显微镜(iDPC-STEM )技术清晰地解析N-CNS螺旋的固有分子结构（图2a-2f）, 同时考察了这一类新型氮掺杂碳螺线管材料光催化产氢（图2g-2j）和催化有机反应的性能。这一成果扩充了功能性弯曲碳纳米材料的范畴，为未来开发多种独特功能的碳螺线管材料提供了实验基础。（相关论文信息链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41467-4）
据悉，陈木青研究员目前在邱永福教授研究团队。近三年来，该团队在新型材料领域，以东莞理工学院为第一单位发表了一系列高水平SCI 论文（Nature Communications, Journal of Materials Chemistry A, Chemical Science, Inorganic Chemistry Frontiers, Chinese Journal of Chemistry, Nanomaterials等）,获批两项国家自然科学基金面上项目、一项粤莞联合基金-培育项目等。
(撰稿：陈木青；一审：杨壮鹏；二审：李润霞；三审：陈宝华)
