我國科學家創制碳家族單晶新材料

碳是一種神奇的材料，既可以製成柔軟的鉛筆芯，也可以構成堅硬的金剛石。16日，《自然》發表了一項關於碳家族新材料的研究成果。來自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、碳奈米管等材料都由碳原子構成，但由於原子排列不同，它們展現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、製備新型碳材料一直是材料領域的前沿科學問題。“迄今為止，單個原子一直是構築二維材料的最小單元。把奈米團簇作為基本單元，使用傳統化學反應，自下而上像‘壘磚頭’一樣構築更高級的二維拓撲結構材料一直未能實現。”中科院化學所研究員鄭健坦言。

經過5年的潛心研究，研究人員利用摻雜聚合—剝離兩步法，成功把奈米團簇C60聚合在一個平面上，並通過碳碳鍵相互共價鍵合形成規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，我們發現，這種新型碳材料具有結晶度高、熱力學穩定性好以及禁頻寬度適度等優良特性。”鄭健説，這是繼石墨烯之後，又一種穩定的二維碳材料。

鄭健表示，這項研究開闢了以碳簇代替原子構築碳材料的新策略，同時，新製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、資訊及能量存儲、催化等領域也具有潛在的應用價值。