記者從中國科學(xué)技術(shù)學(xué)獲悉，該校朱彥武授研究團隊通過對富烯C60分子晶體進行電荷注入，在常壓條下構(gòu)建了C60聚合物晶體以及長程有序多碳晶體，并實現(xiàn)了其量級制備。1月12日，研究成果發(fā)表于國學(xué)術(shù)期刊《自然》。彥武教授介紹，“這的長程有序多孔碳晶，微觀上具有多孔特但完整保留了晶體的觀周期性，是一類新人工碳晶體，未來可在能量存儲、離子篩、負(fù)載催化等領(lǐng)域具潛在應(yīng)用。電荷注入術(shù)為構(gòu)建這類碳基晶材料提供了一種拼‘高’式的制備技術(shù)，望成為在原子級精度調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)的新手。”《自然》審稿人，“論文中給出的結(jié)令人信服，對晶體學(xué)材料科學(xué)領(lǐng)域具有重意義?！碧际亲匀唤?常見的元素之一，碳子之間通過不同排列式，能夠形成多種結(jié)，比如我們熟悉的石、金剛石和無定型碳已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個域。近年來，富勒烯納米碳管、石墨烯和墨炔等新型碳材料的現(xiàn)和發(fā)展，引起了廣的關(guān)注與研究熱潮。如果我們可以在一個體結(jié)構(gòu)中引入納米單，例如用富勒烯、石烯等作為基本結(jié)構(gòu)單代替普通晶體中的原，像搭積木一樣‘搭’出新型碳材料，可會發(fā)掘更多新奇性質(zhì)發(fā)揮更大應(yīng)用潛力。朱彥武說。此前，對制備這類新型碳材料研究人員要么是利用溫高壓等極限條件，么是采用紫外光、電束輻照等微觀處理技。但其產(chǎn)率較低、產(chǎn)不純，阻礙了人們對類材料的性質(zhì)與應(yīng)用行更深入探索。朱彥團隊長期致力于發(fā)展型碳材料的規(guī)模化制技術(shù)。早在2011年，朱彥武就找到了一化學(xué)“活化”的方式激活”石墨烯，成功將石墨烯片層重構(gòu)成兼具高比表面積、高導(dǎo)率和負(fù)曲率結(jié)構(gòu)的活化石墨烯”，作為級電容器電極材料表出優(yōu)異性能，該研究果曾發(fā)表在《科學(xué)》。此后，團隊進一步索了“活化”方法的適性，也曾用來活化勒烯C60分子。但發(fā)現(xiàn)該方法太過劇烈，壞了C60分子的籠狀結(jié)構(gòu)，無法得到周期的晶體結(jié)構(gòu)。在此次究中，朱彥武團隊創(chuàng)性地使用氮化鋰對富烯C60分子晶體進行電荷注入，并在溫和度下進行熱處理，最得到大量的C60聚合物晶體以及長程有序孔碳晶體。一個C60分子中有60個碳原子，想要以其為結(jié)構(gòu)單得到新的碳結(jié)構(gòu)，就讓相鄰分子之間形成定連接，即一個C60分子中的部分碳原子相鄰分子中距離較近那部分碳原子形成共鍵?！坝捎陔娮幽芗?同，電子會從氮化鋰移至C60分子以實現(xiàn)電荷注入，這些額外電荷會改變C60分子的電子云分布，使得鄰分子之間容易形成價鍵——發(fā)生加成反，兩個分子‘牽手’功。”論文第一作者中國科大特任副研究潘飛說。論文共同第作者、中國科大特任研究員倪堃說，“我對C60聚合物晶體和長程有序多孔碳晶體形成機理進行了理論擬。結(jié)果表明，電荷入引起了富勒烯C60分子間的電偶極矩相作用，降低了反應(yīng)過中相鄰C60分子之間的加成反應(yīng)勢壘，使反應(yīng)更容易發(fā)生；進步反應(yīng)使得分子間連部分轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢倪B結(jié)構(gòu)，但在該反應(yīng)過中部分破碎的富勒烯C60分子仍保持良好的周期性排列。”值南史意的是，團隊通過基機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的結(jié)構(gòu)搜索結(jié)果一步表明，長程有序孔碳基晶體代表了一類從富勒烯分子晶體石墨類碳晶體轉(zhuǎn)變過中的亞穩(wěn)態(tài)晶體結(jié)構(gòu)朱彥武表示，“接下，我們將系統(tǒng)地研究程有序多孔碳基晶體性質(zhì)，期望通過精細節(jié)實驗參數(shù)進一步調(diào)晶體的原子級結(jié)構(gòu)特，探索更多的性質(zhì)和用?！保ㄔ瓨?biāo)題《我科學(xué)家構(gòu)建出新型人碳晶體》?