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拓扑缺陷碳(TDC)催化碳纳米管生长的具体机制是什么？哪些拓扑缺陷是主要的活性中心？
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拓扑缺陷碳（TDC）催化碳纳米管（CNT）生长的具体机制以及主要活性中心如下： 主要活性中心 五边形拓扑缺陷是催化碳纳米管生长的主要活性中心。 具体催化机制 该机制是一个基于多种拓扑缺陷协同作用的“气-固-固”（VSS）生长过程，具体分为以下几个步骤： 碳源分子激活： 碳源分子（乙炔，C₂H₂）被激活。这个激活过程主要是通过从五边形拓扑缺陷向碳源分子进行电子转移来实现的。电子转移破坏了C₂H₂分子的电荷平衡，使其一个碳原子带负电，另一个带正电（见图4a）。 其他类型的拓扑缺陷，如5757、5775和585缺陷，虽然不能直接激活C₂H₂，但可以通过对C₂H₂的电荷平衡产生轻微影响，从而在激活过程中起到辅助作用。 形成亚稳态碳层： 被激活的C₂H₂分子会迁移到具有一定曲率的拓扑缺陷（如585或5775缺陷）的表面。 在这些缺陷的表面，激活的分子通过静电相互作用进行自组装，倾向于端对端连接，形成准六元环结构（见图5e-h）。 这些准六元环结构进一步通过脱氢重排，在缺陷曲率表面形成一个亚稳态碳层。 碳纳米管的生长： 这个亚稳态碳层具有“边缘活性”。 基于其边缘活性，该碳层可以继续自组装，不断添加新的碳原子，并根据底层缺陷的曲率最终生长成碳纳米管（见图5i）。 总结：五边形拓扑缺陷是激活碳源分子的核心，而其他具有一定曲率的缺陷（如585、5775）则为激活分子的自组装和成核提供了场所。整个生长过程是多种缺陷协同作用的结果，而非单一缺陷独立完成。 |
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2楼2026-01-24 10:09:00