基于单壁碳纳米管超分子纳米组装体的结构调控与应用研究

高度有序碳纳米管复合材料的可控自组装是当前自组装研究的热点之一。其中，碳纳米管与客体分子的相互作用机制，界面的能量转移，以及客体分子在碳纳米管表面的形貌与结构控制等重要科学问题尚不明确。本项目主要研究单壁碳纳米管的能带调控对其表面可控自组装的影响。拟先通过内部填充达到调控单壁碳纳米管能带的目的，其次研究有机分子、无机纳米粒子在不同能带结构单壁碳纳米管表面的自组装行为。运用电子显微镜、吸收光谱、拉曼光谱、荧光光谱等研究碳纳米超分子组装体的形成规律，阐明各层次碳纳米超分子组装体间的内在联系、构效关系以及特定功能等基础科学问题。最后，以功能为导向，利用自组装的方法，设计和制备具有特定性质和在能源领域具有重要应用前景的基于单壁碳纳米管的超分子纳米组装体。本项目拟为实现高度有序碳纳米复合材料的可控自组装生长提供理论依据。通过项目的实施，拟发表论文10-12篇，培养研究生4-5名。

本项目按照申请书的进度开展研究工作，取得了以下几方面的成果：.（1）.通过内部填充不同电负性的客体分子，例如TCNQ, 对单壁碳纳米管的能带进行调控。光谱研究表明，填充选择性地提高了半导体性单壁碳纳米管与季铵盐的化学反应活性。通过填充磷等给电子体，对单壁碳纳米管实现了p型掺杂，并提高了氧还原活性，证明磷掺杂碳纳米材料的氧还原活性位点在掺杂在石墨网格中的磷原子。 .（2）.通过π-π相互作用，实现了客体分子在单壁碳纳米管外表面的有序自组装，并进而研究碳纳米材料的能带调控对其表面可控自组装的影响；以可溶性截断的碳纳米管水溶液为原液，通过一种简单自组装技术，实现了3厘米以上碳纳米管宏观体（碳纳米管丝带）的组装制备。.（3）.通过自组装的方法，设计和制备了若干种具有特定性质和在能源领域（例如锂离子电池，燃料电池）具有重要应用前景的基于碳纳米材料的超分子纳米组装体。在基础研究方面，我们综合运用电子显微镜、吸收光谱、拉曼光谱、荧光光谱等手段，研究了碳纳米材料与客体分子的相互作用机制，界面的能量转移，以及客体分子在碳纳米管表面的形貌与结构控制等重要科学问题。.项目执行三年来，我们按照任务书要求，为基于碳纳米材料的可控自组装提供了一些理论依据，共发表署名基金号的论文24篇，被他引166次，其中影响因子超过6.0 的论文7篇。1篇论文被列为ESI化学类高被引论文。 在项目的资助下，项目负责人获得了2013年中组部青年拔尖人才称号，2013年福建省杰出青年基金。通过项目的实施，培养了博士研究生2名，硕士研究生3名，博士毕业生赵毅获得2013年中科院朱李月华奖学金。