A Universal Method to Transform Aromatic Hydrocarbon Molecules into Confined Carbyne inside Single-Walled Carbon Nanotubes

卡宾 碳纳米管 拉曼光谱 材料科学 石墨烯 分子 纳米技术 碳氢化合物 石墨烯纳米带 化学工程 有机化学 化学 光学 物理 工程类 催化作用 卡宾
作者
Yingzhi Chen,Kunpeng Tang,Wendi Zhang,Huiju Cao,Hongwei Zhang,Yanghao Feng,Weili Cui,Yuan Hu,Lei Shi,Guowei Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (12): 12146-12154 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c18912
摘要

Carbyne, a sp1-hybridized allotrope of carbon, is a linear carbon chain with exceptional theoretically predicted properties that surpass those of sp2-hybridized graphene and carbon nanotubes (CNTs). However, the existence of carbyne has been debated due to its instability caused by Peierls distortion, which limits its practical development. The only successful synthesis of carbyne has been achieved inside CNTs, resulting in a form known as confined carbyne (CC). However, CC can only be synthesized inside multiwalled CNTs, limiting its property-tuning capabilities to the inner tubes of the CNTs. Here, we present a universal method for synthesizing CC inside single-walled CNTs (SWCNTs) with diameters of 0.9-1.3 nm. Aromatic hydrocarbon molecules are filled inside SWCNTs and subsequently transformed into CC under low-temperature annealing. A variety of aromatic hydrocarbon molecules are confirmed as effective precursors for the formation of CC, with Raman frequencies centered around 1861 cm-1. Enriched (6,5) and (7,6) SWCNTs with diameters less than 0.8 nm are less effective than the SWCNTs with diameters of 0.9-1.3 nm for CC formation. Furthermore, resonance Raman spectroscopy reveals that the optical band gap of the CC at 1861 cm-1 is 2.353 eV, which is consistent with the result obtained using a linear relationship between the Raman frequency and optical band gap. This approach provides a versatile route for synthesizing CC from various precursor molecules inside diverse templates, which is not limited to SWCNTs but could extend to any templates with appropriate size, including molecular sieves, zeolites, boron nitride nanotubes, and metal-organic frameworks.
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