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    我國科學家創造一種新型碳材料

    2022-06-17 13:09:10 來源: 光明網-《光明日報》

    光明日報北京6月16日電(記者齊芳)富勒烯、碳納米管、石墨烯、石墨炔……碳材料一直被認為是一種未來材料,每一種新型碳材料的發現都引發材料學家的研究熱潮。如今,碳家族再添新成員——中國科學院化學研究所鄭健研究員團隊十年磨一劍,在常壓下通過簡單的反應條件,創制了一種新型碳同素異形體單晶“單層聚合C60”,它具有較高的結晶度和良好的熱力學穩定性,為碳材料的研究提供了全新的思路。

    這一成果發表在16日出版的國際學術期刊《自然》上,引起了國際化學界和材料學界的廣泛關注。

    同一種元素構成的物質,由于原子排列不同,展現出不同的物理化學性質,我們稱之為同素異形體。柔軟的石墨、堅硬的金剛石等都是碳的同素異形體,有各自不同的重要應用。但這些材料都是自然界中存在的,一直以來,科學家們都在尋找,有沒有可能用碳原子“搭建”出新型材料,“定制”出我們需要的新型碳材料。

    “對于制備純碳材料,過去的思路一直是用碳原子作為基礎單元去構筑。”鄭健解釋,他帶領團隊創造性地用C60分子替代碳原子作為基礎單元,在常溫常壓的溫和條件下,通過摻雜金屬鎂將C60分子聚合起來,再通過有機陽離子切片策略把金屬鎂去掉,最終得到單層聚合C60。

    這是一種全新的簇聚二維超結構,由C60簇籠在平面上通過C-C鍵相互共價鍵合形成規則的拓撲結構。“為了得到這個穩定的結構,我們用了五年。”鄭健說,一個C60分子中一共有60個碳原子,想要得到穩定的結構,就要讓相鄰分子中的碳原子形成穩定連接。論文第一作者、鄭健團隊成員侯凌翔博士說:“有太多種可能性,但正確的道路只有一條,否則C60分子就不會按照設計的規律連接,難以測量它的尺寸和性質。我們嘗試了很多種方法,制備了許多樣品,走了很多彎路。”潛心研究終于有了回報:多種表征測量結果顯示,這種新材料就是鄭健團隊想要得到的目標材料,他們開創了一種新的制備碳材料的方法。

    同時,測量結果還發現,這種新材料是典型的半導體,并具有良好的熱力學穩定性,在約326.85℃下仍舊穩定存在。鄭健說:“我們認為,這種新材料在非線性光學和功能化電子器件方面具有重要應用前景,在超導、量子計算、自旋輸運、信息及能量存儲、催化等領域也具有潛在的應用。”接下來,團隊將深入研究這一新材料的特性,探索更多的應用場景和更大的應用價值。

    《光明日報》( 2022年06月17日 08版)

    作者: 齊芳 編輯: 未網新聞張玉玲

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