B/N掺杂高纯度螺旋碳纳米管（纤维）的磁性与输运性能研究

碳材料的磁性研究是备受瞩目的前沿课题之一，其铁磁性来源，还存在着极大的分歧。螺旋碳纳米材料由于其复杂多变的微结构调控因素，是碳材料磁性研究的理想体系。然而，由于合成中多采用过渡金属及其合金为催化剂，难以去除的残留磁性组分成为碳的本征磁性研究的障碍。最近我们在高纯度螺旋碳纳米材料合成方面取得重要进展，采用水溶性的碱金属盐为催化剂高选择性地可控合成出螺旋碳纳米材料，为深入研究其磁性和输运性质奠定了良好的物质基础。本申请以B/N-掺杂螺旋碳纳米管（纤维）为研究对象，系统研究其磁性来源和物理机制，并借助纳米微加工手段研究单根螺旋碳纳米材料的电学性能；利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究其能带结构、态密度，研究B/N掺杂量、替位元素分布对磁性、输运性能的影响。主要研究目标是从实验和理论上揭示磁、电性能与组成、形貌、螺旋曲率、孔径尺寸、结晶度等参数之间的内在联系，实现螺旋碳纳米材料性能的人为调控。

碳材料的磁性研究是备受瞩目的前沿课题之一，其铁磁性来源，还存在着极大的分歧。螺旋碳纳米材料由于其复杂多变的微结构调控因素，是碳材料磁性研究的理想体系。然而，由于合成中多采用过渡金属及其合金为催化剂，难以去除的残留磁性组分成为碳的本征磁性研究的障碍。本项目在高纯度螺旋碳纳米材料合成方面取得重要进展，采用水溶性的碱金属盐为催化剂高选择性地可控合成出螺旋碳纳米材料，在氧化铝模板上不使用任何催化剂可控合成出高纯碳纳米材料，为深入研究其磁性和输运性质奠定了良好的物质基础。本申请还系统研究了碳纳米材料合成中常用作催化剂的过渡金属及其氧化物纳米颗粒的可控合成及磁性，研究了单层MoS2材料的磁性，取得了许多有意义的研究成果。本项目共发表SCI论文33篇，培养博士研究生5名，硕士研究生7名。