我國科學家構建出新型人工碳晶體

中國科學家在新型碳基晶體研究方面取得重要進展——構建出新型人工碳晶體，並實現了其克量級製備。1月12日，國際學術期刊《自然》(Nature)刊發了這一研究成果。

中國科學技術大學朱彥武教授研究團隊通過對富勒烯碳60分子晶體進行電荷注入，在常壓條件下構建了碳60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體。

朱彥武介紹：“這裡的長程有序多孔碳晶體，微觀上具有多孔特徵但完整保留了晶體的宏觀週期性，是一類新的人工碳晶體，未來可能在能量存儲、離子篩分、負載催化等領域具有潛在應用。電荷注入技術為構建這類碳基晶體材料提供了一種拼‘樂高’式的製備技術，有望成為在原子級精度上調控晶體結構的新手段。”

碳是自然界最常見的元素之一，碳原子之間通過不同排列方式，能夠形成多種結構，比如石墨、金剛石和無定型碳，已經廣泛應用於各領域。近年來，富勒烯、奈米碳管、石墨烯和石墨炔等新型碳材料的發現和發展，引起了廣泛關注與研究熱潮。

“如果我們可以在一個晶體結構中引入奈米單元，例如用富勒烯、石墨烯等作為基本結構單元代替普通晶體中的原子，像搭積木一樣‘搭建’出新型碳材料，可能會發掘更多新奇性質，發揮更大應用潛力。”朱彥武説。

此前，對於製備這類新型碳材料，研究人員要麼是利用高溫高壓等極限條件，要麼是採用紫外光、電子束輻照等微觀處理技術，但其産率較低、産物不純，阻礙了人們對該類材料的性質與應用進行更深入探索。

朱彥武團隊長期致力於發展新型碳材料的規模化製備技術，早在2011年，就找到了一種化學“活化”的方式“激活”石墨烯。此後，團隊進一步探索了“活化”方法的普適性。

在此次研究中，朱彥武團隊創造性地使用氮化鋰對富勒烯碳60分子晶體進行電荷注入，並在溫和溫度下進行熱處理，最終得到大量的碳60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體。

朱彥武表示：“接下來，我們將系統地研究長程有序多孔碳基晶體的性質，期望通過精細調節實驗參數進一步調控晶體的原子級結構特徵，探索更多的性質和應用。”