2014年化学研究新发现
制造高纯度特定类型单壁碳纳米管的新方法
单壁碳纳米管具有特有的强度、柔韧性和导电性，看起来类似卷起的铁丝网，有希望用于太阳能电池和小型化的电子电路中，应用前景被一致看好。但是，单壁碳纳米管在生产过程中会碰到一个长期无法解决的问题——产物纯度低。碳纳米管产物往往是各种直径和各种手性的混合物。要知道，手性是碳纳米管碳原子的构型，可以影响碳纳米管的性质是类似金属或者类似半导体。
今年，两个科学家团队分别独立发表了他们的研究成果，为这一问题找到了可能的解决方案。
北京大学李彦教授的研究团队生长出的单壁碳纳米管纯度高达92%，而以前高不过55%(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13434)。这些碳纳米管手性单一，具有金属的性质。李教授说，关键是寻找到制造高温钨钴合金纳米晶体催化剂的“正确配方”，而该催化剂用于纳米管“种子”的生长。
另一个德国和瑞士的科学家团队，以多环芳烃分子为前体制备出单一类型的单壁碳纳米管(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13607)。在铂表面加热后，这种前体折叠成纳米管帽，随着乙醇作为碳源的加入，该纳米管逐渐延长，终得到无瑕疵的金属性单壁碳纳米管产品。
研究人员下一步的目标是弄清楚如何扩大合成规模，并且调整方法以制造出不同尺寸和手性的纯单壁碳纳米管。
石墨烯的两大新发现：可降解、可传导质子
石墨烯的特性之一，化学稳定性，在今年受到了质疑。一项研究显示，当还原石墨烯氧化物(reduced graphene oxide, RGO, 一种溶液态形式的石墨烯)作为支撑层在催化反应和电子设备中使用时，该材料可以分解。该研究证明，当暴露于紫外线下，作为二氧化钛纳米粒子支撑层的RGO 会意外分解(Chem. Mater. 2014, DOI: 10.1021/cm5026552)。这些具有光催化活性的纳米粒子表面会产生羟基自由基，氧化攻击RGO，导致RGO片段化并形成多环芳烃化合物。如果继续暴露于紫外线下，这些多环芳烃化合物终会完全分解为二氧化碳和水。
英国曼彻斯特大学科学家的另一项研究发现，纯净的单层石墨烯传导质子的能力好的出人意料(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature14015)。这一发现可以用于燃料电池中，燃料电池需要薄的质子传导膜。
手性催化剂带来新的立体复合物高分子
康奈尔大学的Geoffrey W. Coates研究小组利用手性钴催化剂，使环氧丙烷对映体和琥珀酸酐共聚，获得了一种呈半晶体立体复合物态的聚(琥珀酸丙二醇酯)，一类新的热塑性塑料。该立体复合物聚合物同时包括右旋和左旋的聚合物链，可以以单独右旋或左旋无法完成的方式进行结晶，高分子化学家可以更好地控制其热性质和生物降解性。要知道，立体复合物是极为罕见的，已知的例子仅有十几个。
该研究小组先设计一个手性钴催化剂，然后利用(R,R)型或(S,S)型的催化剂，使(R)型或(S)型氧化丙烯与琥珀酸酐共聚以产生(R)型或 (S)型聚(琥珀酸丙二醇酯)。除了可生物降解，该立体复合物聚合物的熔点约为120℃，比单独构象的聚合物或者低密度聚乙烯高40℃。另外，该立体复合物聚合物可以从熔融状态迅速结晶。
该立体复合物聚合物的潜在用途包括生物医学材料以及可生物降解的大型包装材料。
更多信息请关注复合材料信息网http://cnfrp.net
单壁碳纳米管具有特有的强度、柔韧性和导电性，看起来类似卷起的铁丝网，有希望用于太阳能电池和小型化的电子电路中，应用前景被一致看好。但是，单壁碳纳米管在生产过程中会碰到一个长期无法解决的问题——产物纯度低。碳纳米管产物往往是各种直径和各种手性的混合物。要知道，手性是碳纳米管碳原子的构型，可以影响碳纳米管的性质是类似金属或者类似半导体。
今年，两个科学家团队分别独立发表了他们的研究成果，为这一问题找到了可能的解决方案。
北京大学李彦教授的研究团队生长出的单壁碳纳米管纯度高达92%，而以前高不过55%(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13434)。这些碳纳米管手性单一，具有金属的性质。李教授说，关键是寻找到制造高温钨钴合金纳米晶体催化剂的“正确配方”，而该催化剂用于纳米管“种子”的生长。
另一个德国和瑞士的科学家团队，以多环芳烃分子为前体制备出单一类型的单壁碳纳米管(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13607)。在铂表面加热后，这种前体折叠成纳米管帽，随着乙醇作为碳源的加入，该纳米管逐渐延长，终得到无瑕疵的金属性单壁碳纳米管产品。
研究人员下一步的目标是弄清楚如何扩大合成规模，并且调整方法以制造出不同尺寸和手性的纯单壁碳纳米管。
石墨烯的两大新发现：可降解、可传导质子
石墨烯的特性之一，化学稳定性，在今年受到了质疑。一项研究显示，当还原石墨烯氧化物(reduced graphene oxide, RGO, 一种溶液态形式的石墨烯)作为支撑层在催化反应和电子设备中使用时，该材料可以分解。该研究证明，当暴露于紫外线下，作为二氧化钛纳米粒子支撑层的RGO 会意外分解(Chem. Mater. 2014, DOI: 10.1021/cm5026552)。这些具有光催化活性的纳米粒子表面会产生羟基自由基，氧化攻击RGO，导致RGO片段化并形成多环芳烃化合物。如果继续暴露于紫外线下，这些多环芳烃化合物终会完全分解为二氧化碳和水。
英国曼彻斯特大学科学家的另一项研究发现，纯净的单层石墨烯传导质子的能力好的出人意料(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature14015)。这一发现可以用于燃料电池中，燃料电池需要薄的质子传导膜。
手性催化剂带来新的立体复合物高分子
康奈尔大学的Geoffrey W. Coates研究小组利用手性钴催化剂，使环氧丙烷对映体和琥珀酸酐共聚，获得了一种呈半晶体立体复合物态的聚(琥珀酸丙二醇酯)，一类新的热塑性塑料。该立体复合物聚合物同时包括右旋和左旋的聚合物链，可以以单独右旋或左旋无法完成的方式进行结晶，高分子化学家可以更好地控制其热性质和生物降解性。要知道，立体复合物是极为罕见的，已知的例子仅有十几个。
该研究小组先设计一个手性钴催化剂，然后利用(R,R)型或(S,S)型的催化剂，使(R)型或(S)型氧化丙烯与琥珀酸酐共聚以产生(R)型或 (S)型聚(琥珀酸丙二醇酯)。除了可生物降解，该立体复合物聚合物的熔点约为120℃，比单独构象的聚合物或者低密度聚乙烯高40℃。另外，该立体复合物聚合物可以从熔融状态迅速结晶。
该立体复合物聚合物的潜在用途包括生物医学材料以及可生物降解的大型包装材料。
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