新合成的化学化合物揭示了最小碳纳米管的基本特性

2021年06月14日 20:01 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

碳和氢原子的化学环弯曲形成相对稳定的结构,能够实现导电和更多特性,但当引入新的成分时,这些弯曲的系统会缠身什么样的变化?日本的研究人员发现,仅仅通过一些亚原子的添加,这些特性就可以枢转到不同的系统状态和行为,这一点通过一种新合成的化合物得到了证明。

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该结果最近发表在《美国化学学会杂志》上。

论文作者、广岛大学高级科学与工程研究生院教授Manabu Abe说:"在过去十年中,开壳分子不仅在反应性中间体领域,而且在材料科学领域都引起了相当大的关注。"

开壳分子可以获得或失去分子,这意味着它们可以调整为与其他化学品结合。例如,在碳纳米管中,碳原子和氢原子的环彼此紧密结合。然而,增加的环越多,管的特性就越能改变。Abe和他的团队研究了如果开壳分子暴露在除了碳原子和氢原子之外,还含有两个电子的分子轨道的系统中,CPP可能会发生什么变化。

将这些二元体系引入CPP的过程带来了一种新型的偶氮烷,或氮和一组弱键氢原子和碳原子的化合物。这种偶氮烷与六种CPPs形成,并退化为六种带有二律背反的CPPs。

"我们调查了解曲率和系统大小对粒子相互作用的影响,不同的状态和它们的独特特征,"Abe说。

研究人员发现,嵌入二元组的CPPs具有不同的状态和特性,例如被称为自旋的粒子的内在描述,这取决于最终系统中有多少CPPs。自旋,一个粒子的角动量,可以根据能量的平衡方式促进或阻碍系统的稳定性。例如,在单子状态下,即使有未结合的电子,系统仍然稳定,因为它们的自旋是相反的。三联态也可以保持稳定,因为它们的无键电子可以平行旋转。

"基态的自旋倍数在很大程度上取决于环的大小,"Abe说,他指的是自旋可以采取的潜在方向,这可以表明一个系统的稳定性。"较小的CPP衍生物倾向于单子基态"。

较小的单子态--轨道壳之间能量范围较小的二元CPPs也展示了碳纳米管的一个理想特性:芳香性,或在单一平面内更稳定的排列。由于碳氢环以不寻常的角度结合在一起形成管子,它们可以被强迫脱离排列并导致系统不稳定。一个系统中加入的环越多,系统就越不稳定。对于较小的单子态系统,环在一个平面上对齐,相比就更稳定。

下一步,研究人员计划进一步研究这种平面内的芳香性,目的是创造出具有强键的最大可能的结构,并且仍然表现出这种稳定的特性。

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