據(jù)最新一期《自然·合成》報(bào)道，美國科羅拉多大學(xué)研究人員開展的一項(xiàng)研究，已成功合成出科學(xué)家們數(shù)十年來孜孜以求的一種新型碳——石墨炔。該成果填補(bǔ)了碳材料科學(xué)長期存在的空白，或?yàn)殡娮?、光學(xué)和半導(dǎo)體材料研究開辟全新的途徑。

長期以來，科學(xué)家們不斷探索構(gòu)建新的碳同素異形體，石墨炔正是研究的焦點(diǎn)之一，因?yàn)樗c另一種受到工業(yè)界高度青睞的碳“神奇材料”石墨烯相似。石墨烯研究已經(jīng)在2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而在石墨炔領(lǐng)域，盡管經(jīng)過數(shù)十年的理論研究和實(shí)踐，科學(xué)家只創(chuàng)建出幾個(gè)石墨炔片段。

根據(jù)sp2、sp3和sp雜化碳(或碳原子與其他元素結(jié)合的不同方式)及其相應(yīng)鍵的利用方式，可采用不同的方式構(gòu)建碳同素異形體。最著名的碳同素異形體是常用于鉛筆和電池等工具的石墨以及金剛石，它們分別由sp2碳和sp3碳制成。

科學(xué)家們利用傳統(tǒng)化學(xué)方法成功地創(chuàng)造了各種同素異形體，包括富勒烯(其發(fā)現(xiàn)于1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))和石墨烯。然而，這些方法不允許不同類型的碳以任何大容量一起合成，這使得推測(cè)具有獨(dú)特電子傳導(dǎo)、機(jī)械和光學(xué)特性的石墨炔材料，停留在理論階段。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校化學(xué)系教授張偉團(tuán)隊(duì)使用炔烴復(fù)分解過程以及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制，成功地創(chuàng)造出以前從未實(shí)現(xiàn)的成果：一種可與石墨烯的導(dǎo)電性相媲美但可控的材料。炔烴復(fù)分解是一種有機(jī)反應(yīng)，需要重新分配或切割、重整炔烴化學(xué)鍵(一種具有至少一種碳—碳三重共價(jià)鍵的碳?xì)浠衔?。

張偉表示，石墨烯和石墨炔之間有很大的區(qū)別，而石墨炔有望成為“下一代奇跡材料”。

雖然材料已經(jīng)成功創(chuàng)建，但研究團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步研究它的特定細(xì)節(jié)，包括如何大規(guī)模創(chuàng)建材料以及如何對(duì)其進(jìn)行操作。張偉說，研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試從多個(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，這些努力將有助于弄清楚該材料的電子傳導(dǎo)和光學(xué)特性如何用于鋰離子電池等工業(yè)應(yīng)用。

【總編輯圈點(diǎn)】

柔軟的鉛筆芯和堅(jiān)硬的金剛石，本質(zhì)都是一種物質(zhì)——碳。它們是碳同素異形體。原子與原子之間通過不同的“雜化”方式就會(huì)產(chǎn)生不同的微觀結(jié)構(gòu)，最為大名鼎鼎的新型材料是石墨烯，對(duì)它的研究曾斬獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在實(shí)驗(yàn)上，我國科研人員也曾合成出石墨炔。但它們只停留在實(shí)驗(yàn)階段，離理想狀況比較遙遠(yuǎn)。這次，科研人員表示他們創(chuàng)造出了石墨炔，并嘗試從多個(gè)維度對(duì)它進(jìn)行探索。這是一個(gè)正在開啟的領(lǐng)域，至于能開啟到什么程度，還需要多方努力。

標(biāo)簽： 下一代奇跡材料 石墨炔首創(chuàng)成功 碳材料科學(xué)