定制纳米管 多壁碳纳米管/稀土氧化物高温敏荧光纳米材料|功能三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯复合材料|叠氮化聚丙烯酸APAA包覆的碳纳米管(APAA-MWCNT)
碳纳米管和石墨烯等纳米碳自发现以来作为新材料一直备受期待。在纳米碳中掺杂（嵌入）碳以外的异质元素能大大改变其物理性质。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。目前碳纳米管在电极材料、传感器件以及生物监测等方面得到广泛的应用。
在纳米碳中掺杂（嵌入）碳以外的异质元素能大大改变其物理性质，因此相关开发受到关注。其中，氮掺杂型纳米碳的研究尤其活跃，每年发表近200篇相关论文。对碳纳米管进行氮掺杂可以改善其水分散性从而解决碳纳米管在实际应用中难分散的缺点，而且氮掺杂原子能够改变碳纳米管局部电荷密度，提高碳纳米管的电子传递性，降低电阻系数。
不过，由于利用的是物理制造方法，无法在控制氮原子的位置和数量的同时将其嵌入纳米碳中，这成为了阻碍新材料开发的瓶颈。
某研究团队成功地化学合成了只在特定位置嵌入特定数量氮原子的纳米管分子。如图：
材料科学领域此前研究的氮掺杂纳米碳的氮含有率在2——5％的范围内。利用该方法合成的氮掺杂纳米管分子的氮含有率控制在了这个范围内，因此其成分适合用来准确探索作为材料研究的氮掺杂纳米碳的电子性质和化学性质。 此次研究还利用最先进的X射线结构解析法确认，氮上存在孤电子对（Lone pair），另外还通过理论计算明确了其电子贡献，纳米碳分子，特别是具有刚性离散结构的纳米碳分子的结构与性质的关系，可以加深研究人员对杂原子掺杂效应的理解。这种通用合成策略有助于在不久的将来探索具有不同位点和结构的杂原子掺杂剂的其他变体。这些新发现有望加速今后的氮掺杂纳米碳材料的开发。
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