High-pressure polymerization of phenol toward degree-4 carbon nanothread

重合度4の炭素ナノスレッドへのフェノールの高圧重合

Yang, X.*; Che, G.*; Wang, Y.*; Zhang, P.*; Tang, X.*; Lang, P.*; Gao, D.*; Wang, X.*; Wang, Y.*; 服部 高典   ; 阿部 淳*; Guan, A.*; Xiang, J.*; Li, Q.*; Lin, X.*; Dong, X.*; Mao, H.-K.*; Zheng, H.*; Li, K.*

Yang, X.*; Che, G.*; Wang, Y.*; Zhang, P.*; Tang, X.*; Lang, P.*; Gao, D.*; Wang, X.*; Wang, Y.*; Hattori, Takanori; Abe, Jun*; Guan, A.*; Xiang, J.*; Li, Q.*; Lin, X.*; Dong, X.*; Mao, H.-K.*; Zheng, H.*; Li, K.*

飽和sp-カーボンナノスレッド(CNTh)は、その高いヤング率と熱伝導率が予測され、大きな関心を集めている。中心環へのヘテロ原子の導入がCNThの形成に影響を与え、化学的に均質な生成物が得られることが示されているが、ペンダント基が重合プロセスに与える影響については、まだ未解明である。本研究では、フェノールの圧力誘起重合を調べ、0.5GPaと4GPa以下で起こる2つの相転移を明らかにした。20GPa以上では、フェノールは水酸基とカルボニル基を持つ重合度4のCNTに重合する。ヒドロキシル基の水素移動は、重合度6のナノスレッドの形成を妨げることがわかった。この発見は、さらなるカラム内重合を阻止する水酸基の重要な役割を浮き彫りにし、今後のメカニズム研究やナノ材料合成に貴重な示唆を与えるものである。

Saturated sp-carbon nanothreads (CNTh) have garnered significant interest due to their predicted high Young's modulus and thermal conductivity. While the incorporation of heteroatoms into the central ring has been shown to influence the formation of CNTh and yield chemically homogeneous products, the impact of pendant groups on the polymerization process remains underexplored. In this study, we investigate the pressure-induced polymerization of phenol, revealing two phase transitions occurring below 0.5 and 4 GPa. Above 20 GPa, phenol polymerizes into degree-4 CNThs featuring hydroxyl and carbonyl groups. Hydrogen transfer of hydroxyl groups was found to hinder the formation of degree-6 nanothreads. Our findings highlight the crucial role of the hydroxyl group in halting further intracolumn polymerization and offer valuable insights for future mechanism research and nanomaterial synthesis.