2014年化學研究新發現
制造高純度特定類型單壁碳納米管的新方法
單壁碳納米管具有特有的強度、柔韌性和導電性，看起來類似卷起的鐵絲網，有希望用于太陽能電池和小型化的電子電路中，應用前景被一致看好。但是，單壁碳納米管在生產過程中會碰到一個長期無法解決的問題——產物純度低。碳納米管產物往往是各種直徑和各種手性的混合物。要知道，手性是碳納米管碳原子的構型，可以影響碳納米管的性質是類似金屬或者類似半導體。
今年，兩個科學家團隊分別獨立發表了他們的研究成果，為這一問題找到了可能的解決方案。
北京大學李彥教授的研究團隊生長出的單壁碳納米管純度高達92%，而以前高不過55%(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13434)。這些碳納米管手性單一，具有金屬的性質。李教授說，關鍵是尋找到制造高溫鎢鈷合金納米晶體催化劑的“正確配方”，而該催化劑用于納米管“種子”的生長。
另一個德國和瑞士的科學家團隊，以多環芳烴分子為前體制備出單一類型的單壁碳納米管(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13607)。在鉑表面加熱后，這種前體折疊成納米管帽，隨著乙醇作為碳源的加入，該納米管逐漸延長，終得到無瑕疵的金屬性單壁碳納米管產品。
研究人員下一步的目標是弄清楚如何擴大合成規模，并且調整方法以制造出不同尺寸和手性的純單壁碳納米管。
石墨烯的兩大新發現：可降解、可傳導質子
石墨烯的特性之一，化學穩定性，在今年受到了質疑。一項研究顯示，當還原石墨烯氧化物(reduced graphene oxide, RGO, 一種溶液態形式的石墨烯)作為支撐層在催化反應和電子設備中使用時，該材料可以分解。該研究證明，當暴露于紫外線下，作為二氧化鈦納米粒子支撐層的RGO 會意外分解(Chem. Mater. 2014, DOI: 10.1021/cm5026552)。這些具有光催化活性的納米粒子表面會產生羥基自由基，氧化攻擊RGO，導致RGO片段化并形成多環芳烴化合物。如果繼續暴露于紫外線下，這些多環芳烴化合物終會完全分解為二氧化碳和水。
英國曼徹斯特大學科學家的另一項研究發現，純凈的單層石墨烯傳導質子的能力好的出人意料(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature14015)。這一發現可以用于燃料電池中，燃料電池需要薄的質子傳導膜。
手性催化劑帶來新的立體復合物高分子
康奈爾大學的Geoffrey W. Coates研究小組利用手性鈷催化劑，使環氧丙烷對映體和琥珀酸酐共聚，獲得了一種呈半晶體立體復合物態的聚(琥珀酸丙二醇酯)，一類新的熱塑性塑料。該立體復合物聚合物同時包括右旋和左旋的聚合物鏈，可以以單獨右旋或左旋無法完成的方式進行結晶，高分子化學家可以更好地控制其熱性質和生物降解性。要知道，立體復合物是極為罕見的，已知的例子僅有十幾個。
該研究小組先設計一個手性鈷催化劑，然后利用(R,R)型或(S,S)型的催化劑，使(R)型或(S)型氧化丙烯與琥珀酸酐共聚以產生(R)型或 (S)型聚(琥珀酸丙二醇酯)。除了可生物降解，該立體復合物聚合物的熔點約為120℃，比單獨構象的聚合物或者低密度聚乙烯高40℃。另外，該立體復合物聚合物可以從熔融狀態迅速結晶。
該立體復合物聚合物的潛在用途包括生物醫學材料以及可生物降解的大型包裝材料。
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單壁碳納米管具有特有的強度、柔韌性和導電性，看起來類似卷起的鐵絲網，有希望用于太陽能電池和小型化的電子電路中，應用前景被一致看好。但是，單壁碳納米管在生產過程中會碰到一個長期無法解決的問題——產物純度低。碳納米管產物往往是各種直徑和各種手性的混合物。要知道，手性是碳納米管碳原子的構型，可以影響碳納米管的性質是類似金屬或者類似半導體。
今年，兩個科學家團隊分別獨立發表了他們的研究成果，為這一問題找到了可能的解決方案。
北京大學李彥教授的研究團隊生長出的單壁碳納米管純度高達92%，而以前高不過55%(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13434)。這些碳納米管手性單一，具有金屬的性質。李教授說，關鍵是尋找到制造高溫鎢鈷合金納米晶體催化劑的“正確配方”，而該催化劑用于納米管“種子”的生長。
另一個德國和瑞士的科學家團隊，以多環芳烴分子為前體制備出單一類型的單壁碳納米管(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature13607)。在鉑表面加熱后，這種前體折疊成納米管帽，隨著乙醇作為碳源的加入，該納米管逐漸延長，終得到無瑕疵的金屬性單壁碳納米管產品。
研究人員下一步的目標是弄清楚如何擴大合成規模，并且調整方法以制造出不同尺寸和手性的純單壁碳納米管。
石墨烯的兩大新發現：可降解、可傳導質子
石墨烯的特性之一，化學穩定性，在今年受到了質疑。一項研究顯示，當還原石墨烯氧化物(reduced graphene oxide, RGO, 一種溶液態形式的石墨烯)作為支撐層在催化反應和電子設備中使用時，該材料可以分解。該研究證明，當暴露于紫外線下，作為二氧化鈦納米粒子支撐層的RGO 會意外分解(Chem. Mater. 2014, DOI: 10.1021/cm5026552)。這些具有光催化活性的納米粒子表面會產生羥基自由基，氧化攻擊RGO，導致RGO片段化并形成多環芳烴化合物。如果繼續暴露于紫外線下，這些多環芳烴化合物終會完全分解為二氧化碳和水。
英國曼徹斯特大學科學家的另一項研究發現，純凈的單層石墨烯傳導質子的能力好的出人意料(Nature 2014, DOI: 10.1038/nature14015)。這一發現可以用于燃料電池中，燃料電池需要薄的質子傳導膜。
手性催化劑帶來新的立體復合物高分子
康奈爾大學的Geoffrey W. Coates研究小組利用手性鈷催化劑，使環氧丙烷對映體和琥珀酸酐共聚，獲得了一種呈半晶體立體復合物態的聚(琥珀酸丙二醇酯)，一類新的熱塑性塑料。該立體復合物聚合物同時包括右旋和左旋的聚合物鏈，可以以單獨右旋或左旋無法完成的方式進行結晶，高分子化學家可以更好地控制其熱性質和生物降解性。要知道，立體復合物是極為罕見的，已知的例子僅有十幾個。
該研究小組先設計一個手性鈷催化劑，然后利用(R,R)型或(S,S)型的催化劑，使(R)型或(S)型氧化丙烯與琥珀酸酐共聚以產生(R)型或 (S)型聚(琥珀酸丙二醇酯)。除了可生物降解，該立體復合物聚合物的熔點約為120℃，比單獨構象的聚合物或者低密度聚乙烯高40℃。另外，該立體復合物聚合物可以從熔融狀態迅速結晶。
該立體復合物聚合物的潛在用途包括生物醫學材料以及可生物降解的大型包裝材料。
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