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An improved route for bulk synthesis of B and N doped SWCNTs through substitution reaction

【摘要】:Light-element ternary BxCyNz nanotubes (NTs),also known as the B/N co-doped carbon nanotubes,can be regarded as the hybrids of C and BN nanotubes with the random and/or ordered substitution of B and N atoms for C atoms in the graphitic tube shells.The graphitic B-C-N ternary compounds have long been known to be well-defined semiconductors intermediate between graphite and dielectric h-BN;the ternary B x C y N z-NTs are thereby inherently of a semiconducting nature with electronic band structures determined largely by the tube stoichiometries rather than diameters and chiralities,as in contrast to the case of pristine C-NTs that exhibit the polydisperse metallic or semiconducting behaviors whose control remains a formidable challenge for all existing synthetic methodologies.Basically speaking,there are two different strategies to produce the B and/or N doped nanotubes:direct growth and the carbon nanotube-templated substitution reaction route.Here,we report on the successfully synthesis of B-and N-doped singe-walled carbon nanotubes (SWNTs) through a wet-chemistry assisted substitution reaction approach.The as-synthesized ternary B x C y N z-SWNTs have the fairly homogenous B and N dopant concentrations,with sample purity rival that of the starting high-purity C-SWNTs.Importantly,electrical transport studies by fabricating the thin-film transistors (TFTs) from SWNT networks revealed that the as-synthesized B x C y N z-SWNTs were primarily composed of the semiconducting nanotubes,verifying that this wet-chemistry assisted nanotube-substitution reaction strategy is viable in modifying the electronic properties of pristine C-SWNTs and thereby extending their application possibilities in nanotube-based electronics and optoelectronics,sensors,and other systems.

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