日本名古屋大學的一個課題組最近首次成功合成了國際學界60年前理論上提出的筒狀碳分子“碳納米帶”。 碳納米帶比同樣為筒狀結構的碳納米管(CNT)短， 用於模版可獲得期望結構的碳納米管， 將促進碳納米管的迅速普及。 該成果發表在4月14日《Science》雜誌的電子版上。
碳納米材料家族我們已經很熟悉了， 它的成員有富勒烯、碳納米管、石墨烯等等明星材料， 但是還有一位不太知名的成員， 碳納米帶。 國內外的化學家在60年前就開始嘗試合成碳納米帶， 但是至今一直沒有成功。
近日消息， 日本名古屋大學的一個研究小組在頂級期刊《Science》上報告了碳納米帶的首次有機合成。 人們預期碳納米帶將成為構建碳納米管的有用範本， 開闢新的納米碳科學領域。
該課題組的研究人員合作製備出了直徑為0.83納米的碳納米帶。 自從二十世紀五十年代以來， 世界各地的科學家一直在努力合成碳納米帶， 而且Kenichiro教授的團隊從事碳納米帶合成研究了已經12年了。
該研究的領導者之一， 已經從事合成研究7年半的Segawa說， “沒有人知道碳納米帶的有機合成是否可行”， “但是， 我對這個美麗的分子的合成一直充滿希望。 ”
碳納米帶
碳納米帶是由苯環（由6個碳原子的六元環）構成的帶狀分子。 碳納米帶可以看做是碳納米管的一段， 由於其獨特的物理特性在電子學和光子學領域具有各種應用。
碳納米帶具有不同的直徑和側壁結構
當前的合成方法， 製備出的碳納米帶直徑不一致並且具有側壁結構， 這導致它們的電學和光學性質發生改變。 這使得分離和純化具有特定直徑、長度和側壁結構的單個碳納米帶非常困難。 因此， 能夠精確控制結構均勻的碳納米帶的合成將有助於開發新型和高功能材料。
碳納米帶已經被定義為一種為構建結構均勻的碳納米管的基本形式。
從11個步驟的對二甲苯中合成碳納米帶的方法
為了克服這個問題， 該團隊的研究人員成功地使用來自石油的廉價對二甲苯為碳素原料， 通過11個步驟， 最終合成了碳納米帶。 成功的關鍵在基於具有相對低的環形應變的大環前體的合成策略。 運用這個策略， 該團隊通過10個步驟從對二甲苯製備了大環前體， 並通過偶聯反應形成了帶狀芳族化合物（圖3）。 鎳對於調節耦合過程至關重要。
Povie說：“這個研究中最困難的部分是大環前體的關鍵耦合反應。 “這個反應日復一日，我花了三到四個月的時間來測試各種條件，我一直相信有志者，事竟成。
使用碳納米帶作為範本的碳納米管生長的一般策略
2015年，該研究團隊的Itami教授在其ERATO專案中發起了一項新倡議，特別關注碳納米帶的合成。他們提出了碳納米帶的各種新的合成路線，10多名研究人員參與了該專案。 2016年9月28日，碳納米帶的結構終於在研究人員面前被X光晶體學所揭示。在做X射線分析時，每個人都緊張的盯著螢幕，屏住呼吸，當碳納米帶的圓柱形狀圖像終於出現在螢幕上時，研究人員一起擊掌歡呼。
“這是我一生中最激動人心的時刻之一，我永遠不會忘記它，”Itami說。“由於這是一項長達數十年的研究結果，我非常感謝所有過去和現在的團隊成員的支持和鼓勵，由於所有成員的技能、韌性和堅強的意志，我們才取得了今天的成功。”
碳納米帶的結構
該團隊合成的碳納米帶是一種紅色固體，發出深紅色螢光。通過X射線衍射分析顯示，碳納米帶具有與碳納米管相同的圓柱形形狀（圖4）。研究人員還通過紫外-可見吸收螢光和拉曼光譜測量了碳納米帶對光的吸收和發射、電導率和結構剛度。
碳納米管將在未來推向市場。 Segawa和Itami說：“我們期待與世界各地的研究人員一起發現碳納米帶的新特性和功能。
論文資訊：
論文題目：
Synthesis of a carbon nanobelt
Science (2017). DOI: 10.1126/science.aam8158
作者：
Guillaume Povie, Yasutomo Segawa, Taishi Nishihara, Yuhei Miyauchi, Kenichiro Itami
摘要：
The synthesis of a carbon nanobelt, comprising a closed loop of fully fused edge-sharing benzene rings, has been an elusive goal in organic chemistry for more than 60 years. Here we report the synthesis of one such compound through iterative Wittig reactions followed by a nickel-mediated aryl-aryl coupling reaction. The cylindrical shape of its belt structure was confirmed by x-ray crystallography, and its fundamental optoelectronic properties were elucidated by ultraviolet-visible absorption, fluorescence, and Raman spectroscopic studies, as well as theoretical calculations. This molecule could potentially serve as a seed for the preparation of structurally well-defined carbon nanotubes.
“這個反應日復一日，我花了三到四個月的時間來測試各種條件，我一直相信有志者，事竟成。使用碳納米帶作為範本的碳納米管生長的一般策略
2015年，該研究團隊的Itami教授在其ERATO專案中發起了一項新倡議，特別關注碳納米帶的合成。他們提出了碳納米帶的各種新的合成路線，10多名研究人員參與了該專案。 2016年9月28日，碳納米帶的結構終於在研究人員面前被X光晶體學所揭示。在做X射線分析時，每個人都緊張的盯著螢幕，屏住呼吸，當碳納米帶的圓柱形狀圖像終於出現在螢幕上時，研究人員一起擊掌歡呼。
“這是我一生中最激動人心的時刻之一，我永遠不會忘記它，”Itami說。“由於這是一項長達數十年的研究結果，我非常感謝所有過去和現在的團隊成員的支持和鼓勵，由於所有成員的技能、韌性和堅強的意志，我們才取得了今天的成功。”
碳納米帶的結構
該團隊合成的碳納米帶是一種紅色固體，發出深紅色螢光。通過X射線衍射分析顯示，碳納米帶具有與碳納米管相同的圓柱形形狀（圖4）。研究人員還通過紫外-可見吸收螢光和拉曼光譜測量了碳納米帶對光的吸收和發射、電導率和結構剛度。
碳納米管將在未來推向市場。 Segawa和Itami說：“我們期待與世界各地的研究人員一起發現碳納米帶的新特性和功能。
論文資訊：
論文題目：
Synthesis of a carbon nanobelt
Science (2017). DOI: 10.1126/science.aam8158
作者：
Guillaume Povie, Yasutomo Segawa, Taishi Nishihara, Yuhei Miyauchi, Kenichiro Itami
摘要：
The synthesis of a carbon nanobelt, comprising a closed loop of fully fused edge-sharing benzene rings, has been an elusive goal in organic chemistry for more than 60 years. Here we report the synthesis of one such compound through iterative Wittig reactions followed by a nickel-mediated aryl-aryl coupling reaction. The cylindrical shape of its belt structure was confirmed by x-ray crystallography, and its fundamental optoelectronic properties were elucidated by ultraviolet-visible absorption, fluorescence, and Raman spectroscopic studies, as well as theoretical calculations. This molecule could potentially serve as a seed for the preparation of structurally well-defined carbon nanotubes.