【复材前沿】Nature Chemistry：超长纳米带合成取得重大突破

近日，中国科学技术大学范其瑭教授团队联合苏州大学仲启刚教授、德国马尔堡大学J. Michael Gottfried教授、吉森大学André Schirmeisen教授等研究人员，在超长共轭聚合物与非苯型碳纳米材料的表面精准合成领域斩获突破性成果。该团队首次采用自由基开环聚合（ROP）策略，在Cu(111)表面成功制备出微米级的超长聚对苯撑（PPP）链，并以此为前驱体，实现了结构精确的非苯型联苯烯纳米带（BPR）的合成（图1）。北京时间2026年3月16日，相关研究成果以“On-surface radical ring-opening polymerization produces ultralong poly(para-phenylene) for access to non-benzenoid carbon nanoribbons”为题，发表于《Nature Chemistry》期刊。

图1：表面自由基开环聚合及非苯型碳纳米带合成示意图

提升导电聚合物（如无取代聚对苯撑，PPP）的链长，对于其在高效率有机器件中的应用以及加工成高质量功能材料具有关键意义。此前，尽管表面乌尔曼（Ullmann）耦合已将PPP的链长从溶液法的约32纳米提升至约100纳米，但该方法的逐步增长反应机制限制了链长的进一步突破。如何打破现有合成模式，获得更高分子量且结构精确的聚合物链，是该领域面临的重要挑战。

为解决这一难题，研究团队提出并实践了一种全新的表面合成策略：以具有高张力能（约402 kJ/mol）的[6]环对苯撑（[6]CPP）分子作为单体，在Cu(111)表面进行自由基开环聚合（ROP）。研究表明，该反应遵循链增长模式，即由表面自由基引发单体持续开环增长，而非传统的逐步聚合方式。这种模式使PPP链的长度实现了质的飞跃，成功达到微米级别（最长约0.9 μm，图2a-c），较以往报道的最长PPP链提升了约一个数量级。

图2：表面合成的微米级聚对苯撑链及高质量联苯烯纳米带。

此外，在洁净表面生成的这些超长PPP链具有极高的化学纯度。经过后续退火处理，PPP链会发生选择性C−H键断裂，形成聚对苯炔（PPB）中间体（图2d-f），最终侧向耦合为无取代的非苯型联苯烯纳米带（6-BPR，图2g-j）。实验观测到的BPR长度可达40纳米，远超此前通过脱氢氟化方法合成的同类材料。这一成果打破了PPP前驱体在金属表面通常仅能生成苯型扶手椅边石墨烯纳米带（AGNRs）的局限，为非苯型碳纳米材料的精准制备开辟了新路径。

该研究结合扫描隧道显微镜（STM）、非接触原子力显微镜（nc-AFM）、X射线光电子能谱（XPS）以及密度泛函理论（DFT）计算，系统揭示了开环聚合的微观机制，并证实了Cu(111)表面在降低反应能垒方面的关键作用。封面图片（图1）以“灵蛇出洞”为意象，生动展现了聚合物单体在表面受诱导开环并快速增长的过程。

原标题：《【复材资讯】Nature Chemistry：这条纳米带，够长！》

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