碳納米管內(nèi)壁參與化學(xué)反應(yīng)首次發(fā)現(xiàn)

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)8月17日?qǐng)?bào)道，一個(gè)由英國(guó)諾丁漢大學(xué)的科學(xué)家組成的研究小組日前宣稱，他們首次通過納米級(jí)化學(xué)反應(yīng)改變了碳納米管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這一研究推翻了之前人們認(rèn)為的中空納米結(jié)構(gòu)內(nèi)表面化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易發(fā)生反應(yīng)的結(jié)論。研究表明，改變了形狀的碳納米管是一種令人興奮的新材料，它將會(huì)在天然氣存儲(chǔ)設(shè)備、化學(xué)傳感器和晶體管等電子器件的研發(fā)中發(fā)揮重要作用。相關(guān)論文發(fā)表在《自然·化學(xué)》雜志上。領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的諾丁漢大學(xué)化學(xué)系博士安德烈·柯羅畢斯托夫說，很長(zhǎng)一段時(shí)間以來，碳納米管內(nèi)部和其凹面都被認(rèn)為是惰性的，不易發(fā)生反應(yīng)，因此科學(xué)家們也經(jīng)常將碳納米管作為納米反應(yīng)器加以使用。然而，他們?cè)谛卵芯恐信既话l(fā)現(xiàn)，在碳納米管的空腔中對(duì)活性過渡金屬元素進(jìn)行催化時(shí)，作為反應(yīng)器的碳納米管本身竟然發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。
    碳納米管是一種典型的納米結(jié)構(gòu)，直徑約為1納米到2納米，比人類的頭發(fā)細(xì)8萬(wàn)倍。柯羅畢斯托夫和其同事此前還發(fā)現(xiàn)，碳納米管可以作為生產(chǎn)納米帶的催化劑，并在《自然·材料》雜志上發(fā)表了相關(guān)論文。這種納米帶是一種極富潛力的新材料，可用其制造出更快、更小、功能更強(qiáng)的計(jì)算機(jī)。
    在最新研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)金屬錸（Re）的單個(gè)原子參與的化學(xué)反應(yīng)能改變納米管內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)。通過與德國(guó)烏爾姆大學(xué)合作，借助該機(jī)構(gòu)最先進(jìn)的糾偏高分辨透射電子顯微鏡（AC-HRTEM），科學(xué)家們能在原子水平上觀測(cè)到過渡金屬原子在碳納米管中反應(yīng)的實(shí)時(shí)影像。研究人員發(fā)現(xiàn)，最初，由錸發(fā)起的攻擊先會(huì)在碳納米管的內(nèi)壁上制造一個(gè)缺陷，然后通過“吃”掉多余的碳原子，將其變?yōu)橐粋€(gè)納米級(jí)的突起。隨后，這一突起會(huì)迅速增加尺寸并自行密封起來，形成一個(gè)獨(dú)特的碳結(jié)構(gòu)。由于這個(gè)突起結(jié)構(gòu)和樹枝上新生的綠芽極為相似，研究人員將其命名為“納米芽”。
    此前，納米芽結(jié)構(gòu)被認(rèn)為只能在碳納米管外表面經(jīng)由有碳分子參與的反應(yīng)形成。新研究改變了這一看法，首次發(fā)現(xiàn)納米芽可以從內(nèi)部形成。