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我國科學(xué)家創(chuàng)造一種新型碳材料

發(fā)布時間:2022-06-17 10:42:00來源: 光明網(wǎng)-《光明日報(bào)》

  【科技前沿】

  光明日報(bào)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(rèn)為是一種未來材料,每一種新型碳材料的發(fā)現(xiàn)都引發(fā)材料學(xué)家的研究熱潮。如今,碳家族再添新成員——中國科學(xué)院化學(xué)研究所鄭健研究員團(tuán)隊(duì)十年磨一劍,在常壓下通過簡單的反應(yīng)條件,創(chuàng)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(jié)晶度和良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性,為碳材料的研究提供了全新的思路。

  這一成果發(fā)表在16日出版的國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上,引起了國際化學(xué)界和材料學(xué)界的廣泛關(guān)注。

  同一種元素構(gòu)成的物質(zhì),由于原子排列不同,展現(xiàn)出不同的物理化學(xué)性質(zhì),我們稱之為同素異形體。柔軟的石墨、堅(jiān)硬的金剛石等都是碳的同素異形體,有各自不同的重要應(yīng)用。但這些材料都是自然界中存在的,一直以來,科學(xué)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(chǔ)單元去構(gòu)筑?!编嵔〗忉專麕ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地用C60分子替代碳原子作為基礎(chǔ)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(jī)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(jié)構(gòu),由C60簇籠在平面上通過C-C鍵相互共價鍵合形成規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。“為了得到這個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),我們用了五年?!编嵔≌f,一個C60分子中一共有60個碳原子,想要得到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),就要讓相鄰分子中的碳原子形成穩(wěn)定連接。論文第一作者、鄭健團(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)的規(guī)律連接,難以測量它的尺寸和性質(zhì)。我們嘗試了很多種方法,制備了許多樣品,走了很多彎路?!睗撔难芯拷K于有了回報(bào):多種表征測量結(jié)果顯示,這種新材料就是鄭健團(tuán)隊(duì)想要得到的目標(biāo)材料,他們開創(chuàng)了一種新的制備碳材料的方法。

  同時,測量結(jié)果還發(fā)現(xiàn),這種新材料是典型的半導(dǎo)體,并具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性,在約326.85℃下仍舊穩(wěn)定存在。鄭健說:“我們認(rèn)為,這種新材料在非線性光學(xué)和功能化電子器件方面具有重要應(yīng)用前景,在超導(dǎo)、量子計(jì)算、自旋輸運(yùn)、信息及能量存儲、催化等領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用?!苯酉聛?,團(tuán)隊(duì)將深入研究這一新材料的特性,探索更多的應(yīng)用場景和更大的應(yīng)用價值。

(責(zé)編: 李雨潼)

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