碳纳米管限域的纳米空间化学研究

碳纳米管的中空结构使得它可用作研究纳米空间化学的纳米容器。填充在碳纳米管中的物质由于受到空间限域作用，表现出与宏观相不同的结构与性质；另一方面，由于填充物与碳纳米管之间的相互作用，通过填充也可以调控碳纳米管的性质。本项目以纳米限域下物质的结构与性质为核心，探寻新型低维材料，着力解决低维体系的基础性科学问题，并探索其应用价值。具体的研究内容包括：设计可控性强、产率高的合成策略，在碳纳米管内制备各种超窄无机物纳米带；建立低温降解碳纳米管以获得独立存在的无机纳米带和纳米线的方法，并研究超窄和超细一维纳米结构的性质与结构之间的相关性；在研究单根分散碳纳米管填充的基础上，揭示碳纳米管与填充物之间相互作用的普遍性规律，为碳纳米管的性质调控提供理论和实验依据，并为进一步的器件化提供物质基础；在碳纳米管中高产率填充金属，探索在储能领域的应用。

在基金的支持下，本课题碳纳米管填充材料和性质、含Sm富勒烯金属包合物的结构测定以及单层碳纳米角复合材料的研究等方面取得了进展。所完成的主要工作包括：（1）通过多步管内化学反应，首次成功制备了MoS2、WS2的超窄纳米带，利用超高分辨TEM研究了纳米带中缺陷的形成和移动；（2）成功制备了混合元素的二硫化物Mo1-xWxS2纳米带，对元素的分布和结构进行了研究；（3）实现了WO3和W在DWNTs中的填充，研究了它们的结构；（4）利用纳米选区电子衍射方法详细研究了单层碳纳米管中C60分子的堆积情况；（5）详细研究了填充型材料Fc@DWCNTs、C60@DWCNTs修饰电极的电化学性质和催化行为；（6）利用共结晶方法，成功制备了Sm@C74、Sm@C76、Sm@C80和三个Sm@C82同分异构体的单晶样品，成功得到了它们的氧化和还原电极电势数据；（7）首次得到了不含非金属元素的多金属包合物Sm3@C80，通过单晶X-射线衍射解析了结构，并测定了氧化还原性质；（8）成功制备了Pt/ SWCNHs复合材料，研究表明其具有优秀的甲醇电化学催化性质和循环性能；（9）通过简易的湿化学方法制备了TiO2/SWCNHs复合纳米材料，研究表明其为良好的LIB负极材料。发表SCI收录论文20篇，论文被他人引用136次。