利用DNA作为“分子雕刻刀”精准调控碳纳米管的发光
单壁碳纳米管（CNTs）缺陷工程是调控其性能的有效手段。然而现有改性策略大多仅能在缺陷生成后开展表征分析，尚缺少可预先定向设计缺陷的理性方法。本文提出一种缺陷逆向设计方案，借助 DNA 介导、鸟嘌呤特异性化学反应，在碳纳米管中引入鸟嘌呤型缺陷。本研究将该类修饰位点定义为 sp² 型缺陷；与传统 sp³ 缺陷不同，此类缺陷可最大程度保留碳纳米管晶格的 π 共轭体系，同时通过晶格重构实现材料性能的可调谐调控。本方法应用于五种不同单一手性碳纳米管体系，建立了与手性相关的改性指数M(n,m)；该指数可预测缺陷引发的材料性能变化，即便针对尚无实验数据支撑的碳纳米管手性体系同样适用。依托该改性指数，本研究实现了对碳纳米管发光波长的确定性调控，调控精度可达 ±1 nm，拉曼光谱特征与理论预测值偏差小于 1%。经精准缺陷修饰的碳纳米管进一步被应用于光学图案切换与多层信息加密场景，充分证明精准缺陷设计策略在推动下一代碳纳米管基功能材料发展方面具备巨大应用潜力。
