我國科學家成功研制出新型碳材料
2022年07月04日 14:57 445474次瀏覽 來源： 中國有色金屬報 分類： 新材料前沿
近日，中國科學院化學研究所研究員鄭健團隊在常壓下，通過簡單的反應條件，研制出了一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合C60。這是一種全新的簇聚二維超結(jié)構(gòu)，C60簇籠在平面上通過C-C鍵相互共價鍵合形成規(guī)則的拓撲結(jié)構(gòu)。這種新型碳材料具有較高的結(jié)晶度和良好的熱力學穩(wěn)定性，為碳材料的研究提供了全新的思路。該成果引起了國際化學界和材料學界的廣泛關注。
同一種元素構(gòu)成的物質(zhì)，由于原子排列不同，展現(xiàn)出不同的物理化學性質(zhì)，該物質(zhì)被稱之為同素異形體。石墨和金剛石等都是碳的同素異形體。但這些材料都是原本就存在于自然界中的，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”出新型碳材料。
“對于制備純碳材料，以往是用碳原子作為基礎單元去構(gòu)筑。”鄭健說，他帶領團隊創(chuàng)造性地用C60分子替代碳原子作為基礎單元，在常溫常壓的條件下，通過摻雜鎂將C60分子聚合起來，再通過有機陽離子切片把鎂去掉，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)則的拓撲結(jié)構(gòu)。“為了得到這個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，我們用了5年。”鄭健說，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。研究團隊嘗試了很多種方法，制備了許多樣品，走了很多彎路，終于，潛心研究有了回報：多種表征測量結(jié)果顯示，這種新材料就是鄭健團隊想要得到的目標材料，該團隊開創(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體，具有良好的熱力學穩(wěn)定性，在約326.85℃下仍舊穩(wěn)定存在。鄭健說：“該新型碳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意義，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前景。”接下來，該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。
責任編輯：楊一鳴
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