十多年來，科學(xué)家們一直試圖合成一種名為“石墨炔”的新形式的碳，但成效有限。不過由于科羅拉多大學(xué)博爾德分校的新研究，這種情況現(xiàn)在已經(jīng)結(jié)束了。

長期以來，石墨炔一直受到科學(xué)家們的關(guān)注，因?yàn)樗?ldquo;神奇材料”石墨烯相似，后者是另一種碳的形式，受到工業(yè)界的高度重視，其研究甚至在2010年獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。然而，盡管經(jīng)過幾十年的工作和理論研究，在此之前只有少數(shù)碎片被創(chuàng)造出來。

于5月9日發(fā)表在《Nature Synthesis》上的研究論文填補(bǔ)了碳材料科學(xué)的一個(gè)長期空白并有可能為電子學(xué)、光學(xué)和半導(dǎo)體材料研究帶來全新的可能性。

論文第一作者Yiming Hu說道：“整個(gè)聽眾，整個(gè)領(lǐng)域都非常興奮，這個(gè)長期存在的問題或者說這種想象的材料終于得到了實(shí)現(xiàn)。”

科學(xué)家們長期以來一直對(duì)構(gòu)建新的或新穎的碳同位素或碳的形式感興趣，因?yàn)樘荚诠I(yè)上非常有用且具有多功能性。

根據(jù)如何利用碳的混合體(表示為sp2、sp3和sp雜化碳(或碳原子跟其他元素結(jié)合的不同方式)及其相應(yīng)的鍵可以有不同的方式構(gòu)建碳同位素。最知名的碳異構(gòu)體是石墨(用于鉛筆和電池等工具)和鉆石，它們分別由sp2碳和sp3碳創(chuàng)造出來。

通過使用傳統(tǒng)的化學(xué)方法，科學(xué)家們已經(jīng)成功地創(chuàng)造了各種同位素，包括富勒烯和石墨烯。

然而，這些方法并不允許將不同類型的碳以任何形式的大容量合成在一起，就像石墨烯所需要的那樣，這使得這種理論上的材料--據(jù)推測(cè)具有獨(dú)特的電子傳導(dǎo)、機(jī)械和光學(xué)特性--仍只是一種理論。

但也正是這種對(duì)非傳統(tǒng)材料的需求導(dǎo)致該領(lǐng)域的人向Zhang的實(shí)驗(yàn)室小組伸出援手。

Zhang是中大博爾德分校的化學(xué)教授，他研究的是可逆化學(xué)，也就是允許紐帶自我修正的化學(xué)并允許創(chuàng)造新的有序結(jié)構(gòu)或格子如合成DNA一樣的聚合物。

在被接觸后，Zhang和他的實(shí)驗(yàn)室小組決定試一試。

創(chuàng)造石墨烯是一個(gè)“真正的老問題，由于合成工具有限，人們的興趣下降了，”曾是Zhang的實(shí)驗(yàn)室小組的博士生的Hu評(píng)論道，“我們?cè)俅伟堰@個(gè)問題拿出來，用一個(gè)新的工具來解決一個(gè)真正重要的老問題。”

通過利用一種被稱為炔烴換位反應(yīng)的過程--這是一種有機(jī)反應(yīng)，需要重新分配，或切割和重組烷基化學(xué)鍵--以及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制，該小組得以成功創(chuàng)造出以前從未創(chuàng)造過的東西。一種可以跟石墨烯的導(dǎo)電性能相媲美的材料--但具有控制性。

“(石墨烯和石墨炔之間)有一個(gè)相當(dāng)大的區(qū)別，但以一種好的方式，這可能是下一代的神奇材料。這就是為什么人們非常興奮，”Zhang說道。

雖然這種材料已經(jīng)被成功創(chuàng)建，但該團(tuán)隊(duì)仍希望研究它的具體細(xì)節(jié)，其中包括如何大規(guī)模創(chuàng)建這種材料以及如何操縱它。

“我們確實(shí)在努力從多個(gè)維度探索這種新型材料，包括實(shí)驗(yàn)和理論，從原子級(jí)到真正的設(shè)備，”Zhang在談到下一步的計(jì)劃時(shí)說道。

這些努力反過來應(yīng)該有助于弄清這種材料的電子傳導(dǎo)和光學(xué)特性如何能用于鋰離子電池等工業(yè)應(yīng)用。

“我們希望在未來我們能降低成本并簡化反應(yīng)過程，然后，希望人們能真正從我們的研究中受益，”Hu說道。

在Zhang看來，如果沒有一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的支持，這樣的研究永遠(yuǎn)不可能完成。

標(biāo)簽： 神奇材料 首次被創(chuàng)造出來 新研究