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中國科學院的研究人員利用金屬性與半導體性swcnt在化學穩(wěn)定性上的微弱差異，提出了浮動催化——原位刻蝕方法，在swcnt生長過程中引入適量氣體刻蝕劑（如氧氣或氫氣）優(yōu)先反應刻蝕金屬性swcnt，獲得了純度90%以上的半導體性swcnt（journaloftheamericanchemicalsociety2011,133:5232;acsnano2013,7:6831）。半導體性swcnt的帶隙與直徑直接相關(guān)，精確控制其直徑不僅可以實現(xiàn)swcnt的帶隙調(diào)控，而且有利于金屬性swcnt的選擇性刻蝕，進一步提高半導體性swcnt的純度。通常用于生長swcnt的過渡金屬催化劑在高溫生長過程中易發(fā)生團聚，尺寸均一性較差；另一方面，swcnt從納米顆粒形核生長遵循不可控的“切線生長”或“垂直生長”模式，即所得swcnt的直徑可能等于或小于催化劑顆粒。這使得swcnt的直徑控制十分困難，所得半導體性swcnt的帶隙分布較寬。

最近，研究人員與芬蘭aalto大學合作者設(shè)計并制備了一種部分碳包覆的co納米顆粒催化劑，包覆碳層可以有效阻止催化劑顆粒團聚長大，而部分暴露的co納米顆粒可實現(xiàn)swcnt僅以垂直模式形核生長，同時，采用嵌段共聚物自組裝法制備的催化劑顆粒具有優(yōu)異的均一性和單分散性。他們采用這種催化劑首先實現(xiàn)了窄直徑分布swcnt的可控生長（平均直徑1.7nm，90%以上分布在1.6-1.9nm范圍內(nèi)），進而采用h₂原位刻蝕方法獲得了窄帶隙分布（~0.08ev）、高純度（>95%）、高質(zhì)量的半導體性swcnt。以制得的半導體性swcnt為溝道材料，構(gòu)建了高性能薄膜場效應晶體管器件，在電流開關(guān)比大于3×10³時，平均載流子遷移率可達95.2cm²v^-1s^-1。

部分碳包覆金屬復合結(jié)構(gòu)催化劑的研制為可控生長swcnt提供了新思路，所得高質(zhì)量、高純度、窄帶隙分布半導體性swcnt為其在場效應晶體管等器件中的應用奠定了基礎(chǔ)。該工作的主要結(jié)果于3月30日在naturecommunications在線發(fā)表（naturecommunications2016,7:11160）。該工作得到了國家自然科學基金創(chuàng)新群體、重點項目、面上項目及中科院重點部署項目、創(chuàng)新團隊國際合作項目等的資助。