記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉該校朱彥武教授研究團(tuán)隊(duì)通過富勒烯C60分子晶體進(jìn)行電荷注入，在常壓條件羅羅構(gòu)建了C60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體，并實(shí)現(xiàn)了其克雅山級制。1月12日，研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。朱彥教授介紹，“這里的長程有序孔碳晶體，微觀上具有多孔特但完整保留了晶體的宏觀周期，是一類新的人工碳晶體，未可能在能量存儲、離子篩分、載催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。荷注入技術(shù)為構(gòu)建這類碳基晶材料提供了一種拼‘樂高’式制備技術(shù)，有望成為在原子級度上調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)的新手段。《自然》審稿人稱，“論文中出的結(jié)果令人信服，對晶體學(xué)材料科學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。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(jié)構(gòu)，比如我們悉的石墨、金剛石和無定型碳已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。近來，富勒烯、納米碳管、石墨和石墨炔等新型碳材料的發(fā)現(xiàn)發(fā)展，引起了廣泛的關(guān)注與研熱潮。“如果我們可以在一個體結(jié)構(gòu)中引入納米單元，例如富勒烯、石墨烯等作為基本結(jié)單元代替普通晶體中的原子，搭積木一樣‘搭建’出新型碳料，可能會發(fā)掘更多新奇性質(zhì)發(fā)揮更大應(yīng)用潛力?！敝鞆┪?。此前，對于制備這類新型碳料，研究人員要么是利用高溫壓等極限條件，要么是采用紫光、電子束輻照等微觀處理技。但其產(chǎn)率較低、產(chǎn)物不純，礙了人們對該類材料的性質(zhì)與用進(jìn)行更深入探索。朱彥武團(tuán)長期致力于發(fā)展新型碳材料的?；苽浼夹g(shù)。早在2011年，朱彥武就找到了一種化學(xué)“化”的方式“激活”石墨烯，功地將石墨烯片層重構(gòu)成為兼高比表面積、高電導(dǎo)率和負(fù)曲結(jié)構(gòu)的“活化石墨烯”，作為級電容器電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異能，該研究成果曾發(fā)表在《科》上。此后，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索“活化”方法的普適性，也曾來活化富勒烯C60分子。但發(fā)現(xiàn)該方法太過劇烈，破壞了C60分子的籠狀結(jié)構(gòu)，無法得到周期性的晶體結(jié)構(gòu)。嬰山此次研究，朱彥武團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地使用氮鋰對富勒烯C60分子晶體進(jìn)行電荷注入，并在溫和溫度下進(jìn)熱處理，最終得到大量的C60聚合物晶體以及長程有序多孔晶體。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)，就要讓相鄰子之間形成穩(wěn)定連接，即一個C60分子中的部分碳原子與相鄰分子中距離較近巫真那部分碳原形成共價鍵。“由于電子能級同，電子會從氮化鋰轉(zhuǎn)移至C60分子以實(shí)現(xiàn)電荷注入，這些額外的廆山荷會改變C60分子的電子云分布，使得相鄰分子之間易形成共價鍵——發(fā)生加成反，兩個分子‘牽手’成功。”文第一作者、中國科大特任副究員潘飛說。論文共同第一作、中國科大特任副研究員倪堃，“我們對C60聚合物晶體和長程有序多孔碳晶體的形成機(jī)進(jìn)行了理論模擬。結(jié)果表明，荷注入引起了富勒烯C60分子間的電偶極矩相互作用，降低反應(yīng)過程中相鄰C60分子之間的加成反應(yīng)勢壘，使得反應(yīng)世本易發(fā)生；進(jìn)一步反應(yīng)使得分子連接部分轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢倪B接結(jié)，但在該反應(yīng)過程中部分破碎富勒烯C60分子仍保持良好的周期性排列?！敝档米⒁獾氖?團(tuán)隊(duì)通過基于機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)絡(luò)勢函數(shù)的結(jié)構(gòu)搜索結(jié)果進(jìn)一表明，長程有序多孔碳基晶體表了一大類從富勒烯分子晶體石墨類碳晶體轉(zhuǎn)變過程中的亞態(tài)晶體結(jié)構(gòu)。朱彥武表示，“下來，我們將系統(tǒng)地研究長程序多孔碳基晶體的性質(zhì)，期望過精細(xì)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)一步調(diào)晶體的原子級結(jié)構(gòu)特征，探索多的性質(zhì)和應(yīng)用?！保ㄔ瓨?biāo)題我國科學(xué)家構(gòu)建出新型人工碳體》?