我國科學家創(chuàng)制出碳家族單晶新材料

碳是一種神奇的材料，既可以構成柔軟的鉛筆芯，也可以構成堅硬的金剛石。2022 年6 月16日，《自然》雜質發(fā)表了一項關于碳家族新材料的研究成果。中國科學院化學研究所的研究人員，在常壓下通過簡單的反應條件，創(chuàng)制出一種新型碳同素異形體單晶—單層聚合C60。

金剛石、石墨烯、富勒烯、碳納米管……碳材料家族成員，大家并不陌生，它們一直被認為是一種未來材料。雖然這些材料都由碳原子構成，但由于原子排列不同，它們展現(xiàn)出完全不同的物理化學性質，因此，它們被稱為碳的“同素異形體”。

研究新的碳同素異形體、制備新型碳材料一直是材料領域的前沿科學問題?！捌駷橹?，單個原子一直是構筑二維材料的最小單元。把納米團簇作為基本單元，使用傳統(tǒng)化學反應，自下而上像‘壘磚頭’一樣構筑更高級的二維拓撲結構材料一直未能實現(xiàn)?！敝锌圃夯瘜W所研究員鄭健坦言。

為此，經過5 年的潛心研究，研究人員利用摻雜聚合-剝離兩步法，成功把納米團簇C60 聚合在一個平面上，并通過碳碳鍵相互共價鍵合形成規(guī)則的二維拓撲結構材料，即單層二維聚合C60 單晶。“通過進一步研究，我們發(fā)現(xiàn)，這種新型碳材料具有結晶度高、熱力學穩(wěn)定性好以及禁帶寬度適度等優(yōu)良特性?！编嵔≌f，這是繼石墨烯之后，又一種穩(wěn)定的二維碳材料。

鄭健表示，這項研究開辟了以碳簇代替原子構筑碳材料的新策略，同時，新制備的碳材料在非線性光學和功能化電子器件方面具有巨大應用前景，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價值。