近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)范其瑭教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合蘇州大學(xué)仲啟剛教授、德國(guó)馬爾堡大學(xué)J. Michael Gottfried教授、吉森大學(xué)André Schirmeisen教授等研究人員，在超長(zhǎng)共軛聚合物與非苯型碳納米材料的表面精準(zhǔn)合成領(lǐng)域斬獲突破性成果。該團(tuán)隊(duì)首次采用自由基開(kāi)環(huán)聚合（ROP）策略，在Cu(111)表面成功制備出微米級(jí)的超長(zhǎng)聚對(duì)苯撐（PPP）鏈，并以此為前驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)精確的非苯型聯(lián)苯烯納米帶（BPR）的合成（圖1）。北京時(shí)間2026年3月16日，相關(guān)研究成果以“On-surface radical ring-opening polymerization produces ultralong poly(para-phenylene) for access to non-benzenoid carbon nanoribbons”為題，發(fā)表于《Nature Chemistry》期刊。

圖1：表面自由基開(kāi)環(huán)聚合及非苯型碳納米帶合成示意圖

提升導(dǎo)電聚合物（如無(wú)取代聚對(duì)苯撐，PPP）的鏈長(zhǎng)，對(duì)于其在高效率有機(jī)器件中的應(yīng)用以及加工成高質(zhì)量功能材料具有關(guān)鍵意義。此前，盡管表面烏爾曼（Ullmann）耦合已將PPP的鏈長(zhǎng)從溶液法的約32納米提升至約100納米，但該方法的逐步增長(zhǎng)反應(yīng)機(jī)制限制了鏈長(zhǎng)的進(jìn)一步突破。如何打破現(xiàn)有合成模式，獲得更高分子量且結(jié)構(gòu)精確的聚合物鏈，是該領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。

為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)踐了一種全新的表面合成策略：以具有高張力能（約402 kJ/mol）的[6]環(huán)對(duì)苯撐（[6]CPP）分子作為單體，在Cu(111)表面進(jìn)行自由基開(kāi)環(huán)聚合（ROP）。研究表明，該反應(yīng)遵循鏈增長(zhǎng)模式，即由表面自由基引發(fā)單體持續(xù)開(kāi)環(huán)增長(zhǎng)，而非傳統(tǒng)的逐步聚合方式。這種模式使PPP鏈的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，成功達(dá)到微米級(jí)別（最長(zhǎng)約0.9 μm，圖2a-c），較以往報(bào)道的最長(zhǎng)PPP鏈提升了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖2：表面合成的微米級(jí)聚對(duì)苯撐鏈及高質(zhì)量聯(lián)苯烯納米帶。

此外，在潔凈表面生成的這些超長(zhǎng)PPP鏈具有極高的化學(xué)純度。經(jīng)過(guò)后續(xù)退火處理，PPP鏈會(huì)發(fā)生選擇性C?H鍵斷裂，形成聚對(duì)苯炔（PPB）中間體（圖2d-f），最終側(cè)向耦合為無(wú)取代的非苯型聯(lián)苯烯納米帶（6-BPR，圖2g-j）。實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)到的BPR長(zhǎng)度可達(dá)40納米，遠(yuǎn)超此前通過(guò)脫氫氟化方法合成的同類(lèi)材料。這一成果打破了PPP前驅(qū)體在金屬表面通常僅能生成苯型扶手椅邊石墨烯納米帶（AGNRs）的局限，為非苯型碳納米材料的精準(zhǔn)制備開(kāi)辟了新路徑。

該研究結(jié)合掃描隧道顯微鏡（STM）、非接觸原子力顯微鏡（nc-AFM）、X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）以及密度泛函理論（DFT）計(jì)算，系統(tǒng)揭示了開(kāi)環(huán)聚合的微觀(guān)機(jī)制，并證實(shí)了Cu(111)表面在降低反應(yīng)能壘方面的關(guān)鍵作用。封面圖片（圖1）以“靈蛇出洞”為意象，生動(dòng)展現(xiàn)了聚合物單體在表面受誘導(dǎo)開(kāi)環(huán)并快速增長(zhǎng)的過(guò)程。

原標(biāo)題：《【復(fù)材資訊】Nature Chemistry：這條納米帶，夠長(zhǎng)！》

閱讀原文