高產高純制備半導體性單壁碳納米管實現突破

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具有特定導電屬性的單壁碳納米管（SWCNTs）可控制備，是未來納米電子器件應用的迫切需求。然而，要實現半導體性單壁碳納米管（s-SWCNTs）純度和產率的同時提高，仍然是一個挑戰。

日前，西北工業大學材料學院教授趙廷凱團隊對半導體性單壁碳納米管的可控制備進行深入研究，提出一種新的多循環生長工藝，選擇性合成的半導體性單壁碳納米管豐度高達93.2%，產率從0.76%提高到1.34%，為大規模合成高純度半導體性單壁碳納米管提供了新方法。

相關研究成果《通過催化劑再生多循環工藝生長高純度與高產率半導體性單壁碳納米管》正式發表于最新一期《化學工程雜志》。

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半導體性單壁碳管多循環生長示意圖 楊磊供圖

文章通訊作者趙廷凱告訴《中國科學報》，半導體性單壁碳納米管由于特殊的管壁結構使其具有獨特的電學、光學等性質，對于開發新型納米電子元器件和傳感器具有重要意義。而傳統制備方法獲得的單壁碳納米管，通常是金屬性（m-SWCNTs）和半導體性單壁碳納米管的混合物，并難以分離，嚴重阻礙了其廣泛應用。

多年來，作者團隊對碳納米管、石墨烯、MXene及其復合材料的制備與性能進行了系統研究，為其在能源轉換、電子信息、生物醫藥、航空航天等領域的實際應用打下基礎。

趙廷凱團隊博士研究生、文章第一作者楊磊告訴《中國科學報》，為了對半導體性單壁碳納米管的可控制備技術有所突破，該團隊提出了一種催化劑再生多循環選擇性生長半導體性單壁碳納米管的新工藝技術——通過再活化已失活的催化劑顆粒和生長碳源類型的有效調控，直接進行半導體性單壁碳納米管的多次循環生長，并通過理論計算揭示了選擇性生長半導體性單壁碳納米管的微觀機理。

運用該新工藝技術，能夠成功實現高純度與高產率半導體性單壁碳納米管的可控制備。該成果為大規模選擇性生長高純度半導體性單壁碳納米管提供了有效手段和新思路，為半導體性單壁碳納米管在納米電子器件、信息通訊和生物醫藥等領域的廣泛應用打下堅實基礎。