迈向下一代功能材料：纳米管晶体能够直接观察固体中的电子转移

电子转移（ET）是电子从一个原子或分子转移到另一个原子和分子的过程。ET是电化学反应的基础，在许多领域都有应用。纳米级ET涉及固体中1–100纳米范围内的电子转移，是多功能材料设计的基础。然而，这一过程尚不清楚

纳米管是一种具有独特圆柱形纳米结构的纳米材料，可以通过向纳米管中注入电子和空穴（电子留下的空位）来实现各种ET特性，使其成为研究纳米级ET的合适候选者。尽管碳基纳米管具有迷人的ET特性，但由于合成所需的极端条件，如高温，它们的形状和尺寸特别难以控制

制造定义明确的可调谐纳米管的一种可行方法是自下而上制造非共价纳米管，这有时会产生晶体形式的纳米管。非共价纳米管是通过原子之间固有的吸引相互作用或非共价相互作用形成的，而不是碳纳米管中的强共价相互作用。然而，它们的强度不足以承受电子和空穴的注入，这会破坏它们的非共价相互作用并破坏它们的晶体结构

在最近的一项研究中，东京科学大学应用化学系的一组研究人员，由YuasaJunpei教授领导，包括Daiji Ogata博士、Shota Koide先生和Hiroyuki Kishi先生，使用了一种新的方法直接观察固态ET。

Yuasa教授解释道，“我们开发出了具有特殊双壁结构的晶体纳米管。通过固态氧化反应将电子供体分子结合到这些晶体纳米管的孔中，我们成功地使用X射线晶体结构分析直接观察了固体中的电子转移反应。”

他们的发现发表在2024年5月23日的《自然通讯》杂志上。

研究人员使用二茂铁和四硫富瓦烯作为电子供体分子，这些分子通过纳米管晶体的窗口被吸收。这允许电子通过固态ET氧化反应从吸收的电子供体中去除，导致空穴在纳米管内部的供体中积累。由于晶体的坚固性，研究人员能够直接使用X射线晶体结构分析来观察这种ET氧化过程，揭示了关键的见解

这种新方法对于直接观察固体纳米材料中的ET非常有价值。Yuasa教授强调了这项研究的潜在应用，他说：“了解ET可以开发出新型功能材料，进而设计出更高效的半导体、晶体管和其他电子设备。

”太阳能电池等光电子设备严重依赖ET。因此，直接观察ET可以帮助提高这些设备的性能。此外，这种方法可以促进储能、纳米技术和材料科学研究的进步。“

总的来说，这项研究是直接观察固态ET的一个引人注目的例子，可以扩展到观察其他纳米材料中的ET和相关现象