image: （左）长碳链的表面合成策略及其AFM表征；（右）C14链的合成策略及其本征电子学性质测量。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》在线发表了同济大学许维教授团队的研究成果，该研究团队首次在表面成功合成了一维碳原子链，最长的含有约120个碳原子，并精细表征了其聚炔型化学结构。
表面在位合成（On-surface synthesis）在原子级精准制备高反应活性的一维碳纳米结构方面一直是一种有效的策略。该研究团队利用表面合成方法，以C4Br6为前驱体，通过脱卤聚合及后续的脱金属反应，在Au(111)表面合成出不含末端基团的碳链，其中最长的达到了15纳米，含有约60个连续的碳碳三键（120个碳原子）。化学键分辨的原子力显微镜（AFM）清楚地表征了碳链的聚炔型结构，即单键和三键重复交替。
此外，该研究团队还对碳链的本征电子学性质进行了原位测量。他们设计了另一种全卤代的蒽（C14Cl10）作为前驱体分子。而后将分子放在“手术台上”（氯化钠薄膜）并将其“麻醉”（液氦4.7 K冻住），利用扫描隧道显微镜（STM）针尖作为“手术刀”对其进行“手术”（原子操纵），进而诱导该分子完全脱卤并伴随发生开环（ring-opening），最终成功地在表面上精准合成了含有14个碳原子的线型碳，并对其本征电子学性质进行了测量，测得其带隙约为5.8 eV。
该工作极大推动了线型碳领域的发展，提出的表面合成策略有望作为一种合成无端基碳链的普适性方法。同时合成的线型碳有望发展为新型半导体材料，并在分子电子器件中有着广阔的应用前景。
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On-surface synthesis and characterization of polyynic carbon chains
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae031
Journal
National Science Review