學校材料科學與工程學院陳木青特聘研究員，聯合中國科學技術大學杜平武教授以及浙江工業大學朱藝涵教授，研制出首個具有氮摻雜黎曼曲面的彎曲碳納米螺線管材料，填補了氮雜原子摻雜彎曲碳螺旋材料領域的空白。近日，該研究成果以東莞理工學院材料科學與工程學院為第一單位發表在自然子刊《Nature Communications》。

圖1. (a) 碳納米螺線管示意圖; (b) π-拓展的N摻雜的納米碳螺線管設計圖

分子基碳材料因其獨特的幾何形狀，具備導電性、良好的可見光吸收性和發光性等物理化學性質，受到廣泛關注。一個石墨烯平面圍繞著垂直于基面的線連續螺旋，可形成具有黎曼曲面的三維結構(圖1)。理論預測表明，當施加電壓時，具有類似于黎曼曲面的碳螺線管可作為量子導體，產生較大的磁場和電感。據預測，具有黎曼面的碳納米螺線管材料具有獨特的結構和新穎的物理性質。然而，實現這種具有大共軛延伸的螺旋拓撲形貌是一項重大挑戰，因此也激起廣大化學家們設計和合成這類多維曲面碳結構的濃厚興趣。

圖2. N-CNS的iDPC-STEM表征

該研究成果首次使用自下而上的方法合成了氮摻雜的碳納米螺線管材料(N-CNS)，并且給出明確的結構。N-CNS是通過理性的Suzuki聚合反應，經氧化環化脫氫得到的。通過GPC、FTIR、固體13C NMR和Raman等表征技術對N-CNS的成功合成進行了充分表征。利用低劑量集成差分相襯度掃描透射電子顯微鏡(iDPC-STEM )技術清晰地解析N-CNS螺旋的固有分子結構（圖2a-2f）, 同時考察了這一類新型氮摻雜碳螺線管材料光催化產氫（圖2g-2j）和催化有機反應的性能。這一成果擴充了功能性彎曲碳納米材料的范疇，為未來開發多種獨特功能的碳螺線管材料提供了實驗基礎。（相關論文信息鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41467-4）

據悉，陳木青研究員目前在邱永福教授研究團隊。近三年來，該團隊在新型材料領域，以東莞理工學院為第一單位發表了一系列高水平SCI 論文（Nature Communications, Journal of Materials Chemistry A, Chemical Science, Inorganic Chemistry Frontiers, Chinese Journal of Chemistry, Nanomaterials等）,獲批兩項國家自然科學基金面上項目、一項粵莞聯合基金-培育項目等。

(撰稿：陳木青；一審：楊壯鵬；二審：李潤霞；三審：陳寶華)