碳链是由 sp 杂化碳原子组成的一维碳同素异形体。当碳链的性质不随其长度变化时，就将其称为碳炔（carbyne），曾经被认为是除了石墨和金刚石以外的“第三种碳”。理论研究表明，碳炔在力学、热学和电学性能上优于石墨烯和碳纳米管，因此具有重要的研究意义和价值。然而，由于 Peierls 畸变引起的不稳定性，碳炔的存在一直存在争议，限制了其实际应用的发展。

此前，石磊副教授与 Thomas Pichler 教授等人采用高温真空热处理法，在双壁碳纳米管中成功制备了世界上最长的一维碳链，包含超过 6000 个碳原子，其性质不受长度影响，标志着碳炔的首次实验证实（Shi L., et al. Nature Materials, 2016, 15, 634–639）。此后，研究团队通过超声和梯度密度离心分离技术，从双壁碳纳米管中提取并分离封装在单壁碳纳米管内的碳链，发现碳链的性能受到与小直径内管强相互作用的影响（Shi L., et al. ACS Nano, 2018, 12, 8477–8484），但是该方法获得的碳链的产率和产量均极为有限。因此，开发在单壁碳纳米管中直接合成碳链的方法显得尤为重要。

近期，中山大学材料科学与工程学院的石磊副教授课题组提出了一种通用的碳链合成方法：多种芳香烃分子作为前驱体在较大直径（0.9-1.3 nm）单壁碳纳米管中限域转化为一维碳链。这一方法成功解决了碳链无法直接在单壁碳纳米管中合成的难题，并且实现了在低温（500-700 ℃）下的合成，克服了以往合成温度通常高于 1400 ℃的限制。与多壁碳纳米管相比，碳链与大直径单壁碳纳米管之间的弱相互作用更有利于其性能的研究，为后续应用奠定了基础。

研究团队验证了9种不同芳香烃前驱体分子在单壁碳纳米管中转化为碳链的可行性，发现碳链的拉曼频率集中在1861 cm^-1附近，证明了该方法的广泛适用性。通过共振拉曼光谱，团队精确测定了拉曼频率为1861 cm^-1的碳链的光学带隙为 2.353 eV，并验证了之前建立的碳链光学带隙与拉曼频率之间的线性关系。这一发现为未来调控这些一维纳米材料的性质以适应特定应用提供了重要的信息和参考。

此外，我们提出的合成方法为在不同模板内使用不同前驱体分子合成碳链提供了一种通用途径，所使用的模板不仅限于单壁碳纳米管，还可以扩展到任何适当尺寸的材料，如分子筛、沸石、氮化硼纳米管和金属有机框架等。

相关成果以“A Universal Method to Transform Aromatic Hydrocarbon Molecules into Confined Carbyne inside Single-Walled Carbon Nanotubes”为题发表在国际著名期刊ACS Nano上（ACS Nano 2025, 19, 12146−12154）。本文第一作者为中山大学的硕士研究生陈颖芝（我院22级硕士研究生），共同通讯作者为中山大学的石磊和上海科技大学的胡瑗（电镜表征），杨国伟教授对本工作的完成给予了重要的指导，上海科技大学研究生张文迪、中山大学崔玮丽博士、研究生唐鲲鹏、曹会菊、张宏伟、奉泱豪对本文亦有贡献。中山大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。该研究工作受到国家自然科学基金（52472059, 22401298, 22302123）和广东省基础与应用基础研究基金（2025A1515010254）的资助。论文链接：https://pubs.acs.org/10.1021/acsnano.4c18912