该课题主要来源于国家自然科学基金。

介稳态纳米结构富勒烯、碳纳米管以及石墨烯的发现引发了纳米结构研究的热潮，然后介稳态纳米结构的合成通常需要很高的反应条件，在常规化学合成条件下很难或者根本无法成功合成，所以介稳态纳米结构的合成是基础科学研究的一大挑战，也是新型学科发展的基础。

键合重组研究是新型结构制备合成的基础，构筑键合重组的反应条件是关键。

本项目以碳纳米管为反应模板构筑纳米尺寸效应并在微纳空间构筑高温或高压条件，跨越碳键重构的极高势垒，通过碳纳米管的纳米尺寸效应及快速冷却等条件将合成的新型介稳态纳米结构有效保存下来。

1）以碳纳米管为纳米反应腔，在热作用下使填充到碳纳米管内的反应物获得达50-200GPa的高压反应条件，使填充进去得磷键合重整成环状磷，该环状磷结构于2007年被理论预测到，在2017年在我们实验室被成功合成出来，同时被验证这种结构能克服锂离子充放电过程中的体积膨胀，大大提高其循环特性；同时这中结构预测具有极高的储氢性能，有望达到6wt.%以上；2）以多壁碳纳米管为反应模板，以皮秒超短脉冲激光为反应能量源，能量的吸收和耗散仅局限于碳纳米管附近的极小范围(15nm×200nm)，瞬间在局部产生超高温（>16,000K）超高压（>28GPa），成功合成出物理学者2011年预测的碳的同素异形体：T-碳，这是一种理想的储氢材料，可达7.7wt.%以上（传统金属2-3wt.%）。

通过碳纳米管模板法构造的极端反应条件已经有效制备出金刚石、单原子长碳链、不同手性碳纳米管、新型磷结构、常温常压下难以存在的新型相结构等，该方法可以应用于许多介稳态纳米结构的制备，将制备出大量常规化学方法无法合成的新型介稳态纳米相结构。