記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲，該校朱彥武教授研究團(tuán)隊(duì)過(guò)對(duì)富勒烯C60分子晶體進(jìn)行電荷注入，在常壓條件下建了C60聚合物晶體以及長(zhǎng)程有序多孔碳晶體，并實(shí)現(xiàn)其克量級(jí)制備。1月12日，研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期《自然》。朱彥武教授介紹“這里的長(zhǎng)程有序多孔碳晶，微觀上具有多孔特征但完保留了晶體的宏觀周期性，一類(lèi)新的人工碳晶體，未來(lái)能在能量存儲(chǔ)、離子篩分、載催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用電荷注入技術(shù)為構(gòu)建這類(lèi)碳晶體材料提供了一種拼‘樂(lè)’式的制備技術(shù)，有望成為原子級(jí)精度上調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)新手段。”《自然》審稿人，“論文中給出的結(jié)果令人服，對(duì)晶體學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)具有重要意義?！碧际亲匀?最常見(jiàn)的元素之一，碳原子間通過(guò)不同排列方式，能夠成多種結(jié)構(gòu)，比如我們熟悉石墨、金剛石和無(wú)定型碳，經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。近來(lái)，富勒烯、納米碳管、石烯和石墨炔等新型碳材料的現(xiàn)和發(fā)展，引起了廣泛的關(guān)與研究熱潮?！叭绻覀兛?在一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中引入納米元，例如用富勒烯、石墨烯作為基本結(jié)構(gòu)單元代替普通體中的原子，像搭積木一樣搭建’出新型碳材料，可能發(fā)掘更多新奇性質(zhì)，發(fā)揮更應(yīng)用潛力?！敝鞆┪湔f(shuō)。此，對(duì)于制備這類(lèi)新型碳材料研究人員要么是利用高溫高等極限條件，要么是采用紫光、電子束輻照等微觀處理術(shù)。但其產(chǎn)率較低、產(chǎn)物不，阻礙了人們對(duì)該類(lèi)材料的質(zhì)與應(yīng)用進(jìn)行更深入探索。彥武團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于發(fā)展新碳材料的規(guī)?；苽浼夹g(shù)。在2011年，朱彥武就找到了一種化學(xué)松山活化”的方式激活”石墨烯，成功地將石烯片層重構(gòu)成為兼具高比表積、高電導(dǎo)率和負(fù)曲率結(jié)構(gòu)“活化石墨烯”，作為超級(jí)容器電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異性，該研究成果曾發(fā)表在《科》上。此后，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探了“活化”方法的普適性，曾用來(lái)活化富勒烯C60分子。但發(fā)現(xiàn)該方法太過(guò)劇烈，壞了C60分子的籠狀結(jié)構(gòu)，無(wú)法得到周期性的晶體結(jié)構(gòu)在此次研究中，朱彥武團(tuán)隊(duì)造性地使用氮化鋰對(duì)富勒烯C60分子晶體進(jìn)行電荷注入，并在溫和鱄魚(yú)度下進(jìn)行熱處理最終得到大量的C60聚合物晶體以及長(zhǎng)程有序多孔碳晶。一個(gè)C60分子中有60個(gè)碳原子，想要以其為結(jié)構(gòu)單得到新的碳結(jié)構(gòu)，就要讓相分子之間形成穩(wěn)定連接，即個(gè)C60分子中的部分碳原子與相鄰分子中距離較吉量的那分碳原子形成共價(jià)鍵。“由電子能級(jí)不同，電子會(huì)從氮鋰轉(zhuǎn)移至C60分子以實(shí)現(xiàn)電荷注入，這些額外的電荷會(huì)變C60分子的電子云分布，使得相鄰分子之間容易形成價(jià)鍵——發(fā)生加成反應(yīng)，兩分子‘牽手’成功。”論文一作者、中國(guó)科大特任副研員潘飛說(shuō)。論文共同第一作、中國(guó)科大特任副研究員倪說(shuō)，“我們對(duì)C60聚合物晶體和長(zhǎng)程有序多孔碳晶體的成機(jī)理進(jìn)行了理論模擬。結(jié)表明，電荷注入引起了富勒C60分子間的電偶極矩相互作用，降低了反應(yīng)過(guò)兕中相C60分子之間的加成反應(yīng)勢(shì)壘，使得反應(yīng)更容易發(fā)祝融；一步反應(yīng)使得分子間連接部轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢倪B接結(jié)構(gòu)，但該反應(yīng)過(guò)程中部分破碎的富烯C60分子仍保持良好的周期性排列。”值得注意的是團(tuán)隊(duì)通過(guò)基于機(jī)器學(xué)習(xí)和神網(wǎng)絡(luò)勢(shì)函數(shù)的結(jié)構(gòu)搜索結(jié)果一步表明，長(zhǎng)程有序多孔碳晶體代表了一大類(lèi)從富勒烯子晶體到石墨類(lèi)碳晶體轉(zhuǎn)變程中的亞穩(wěn)態(tài)晶體結(jié)構(gòu)。朱武表示，“接下來(lái)，我們將統(tǒng)地研究長(zhǎng)程有序多孔碳基體的性質(zhì)，期望通過(guò)精細(xì)調(diào)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)一步調(diào)控晶體的子級(jí)結(jié)構(gòu)特征，探索更多的質(zhì)和應(yīng)用?！保ㄔ瓨?biāo)題《我科學(xué)家構(gòu)建出新型人工碳晶》?