Sorting of Cluster-Confined Metallic Single-Walled Carbon Nanotubes for Fabricating Atomically Vacant Uranium Oxide

碳纳米管 化学 分类 氧化铀 氧化物 碳纤维 纳米技术 化学工程 金属 星团(航天器) 材料科学 冶金 有机化学 复合材料 程序设计语言 工程类 复合数 计算机科学
作者
Xin Zhao,Kun Wang,Guo‐Ping Yang,Xiao Wang,Chenguang Qiu,Jian Huang,Yanglin Long,Xiaoxin Yang,Boyuan Yu,Guodong Jia,Feng Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (46): 25242-25251 被引量:7
标识
DOI:10.1021/jacs.3c08534
摘要

Single-walled carbon nanotube (SWCNT) heterostructures have shown great potential in catalysis, magnetism, and nanofluidics, in which host SWCNTs with certain conductivity (metallic or semiconducting) are highly required. Herein, inspired by the large molecular weight and redox properties of polyoxometalate (POM) clusters, we reported the selective separation of POM encapsulated metallic SWCNTs (POM@m-SWCNTs) with a uniform diameter through density gradient ultracentrifugation (DGU). The confined POMs increased the SWCNT density and amplified the nanotubes' density difference, thus greatly lowering the centrifugal force (70,000g) of DGU. With this strategy, a series of POM@m-SWCNTs of ∼1.2 nm with high purity were sorted. The mechanism supported by theoretical and experimental evidence showed that the separation of m-SWCNTs depended on not only nanotube/cluster size but also the conductivity of SWCNTs. The smallest 1.2 nm m-SWCNT that can exactly accommodate a 0.9 nm-{Mo6} cluster exhibited the maximum electron transfer to inner clusters; thus, intertube π–π stacking of such m-SWCNTs was greatly loosened, leading to the preferential dispersion into individual ones and partitioning in the uppermost layer after DGU. As a proof-of-concept application, this sorting strategy was extended to separate heavy-element 238U-encapsulated m-SWCNTs. The phase-pure, tiny (1–2.5 nm) U4O9 crystals with atomic vacancy clusters were fabricated on m-SWCNTs through growth kinetic control. This work may provide a general way to construct desired actinide materials on specific SWCNTs.
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