中新社合肥1月12日電 (記者 吳蘭)中國(guó)科學(xué)家在新型碳基晶體研究方面取得重要進(jìn)展——構(gòu)建出新型人工碳晶體，并實(shí)現(xiàn)了其克量級(jí)制備。1月12日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》(Nature)刊發(fā)了這一研究成果。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱彥武教授研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)富勒烯碳60分子晶體進(jìn)行電荷注入，在常壓條件下構(gòu)建了碳60聚合物晶體以及長(zhǎng)程有序多孔碳晶體。

朱彥武介紹：“這里的長(zhǎng)程有序多孔碳晶體，微觀(guān)上具有多孔特征但完整保留了晶體的宏觀(guān)周期性，是一類(lèi)新的人工碳晶體，未來(lái)可能在能量存儲(chǔ)、離子篩分、負(fù)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)碳基晶體材料提供了一種拼‘樂(lè)高’式的制備技術(shù)，有望成為在原子級(jí)精度上調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)的新手段。”

碳是自然界最常見(jiàn)的元素之一，碳原子之間通過(guò)不同排列方式，能夠形成多種結(jié)構(gòu)，比如石墨、金剛石和無(wú)定型碳，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。近年來(lái)，富勒烯、納米碳管、石墨烯和石墨炔等新型碳材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，引起了廣泛關(guān)注與研究熱潮。

“如果我們可以在一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中引入納米單元，例如用富勒烯、石墨烯等作為基本結(jié)構(gòu)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(huì)發(fā)掘更多新奇性質(zhì)，發(fā)揮更大應(yīng)用潛力。”朱彥武說(shuō)。

此前，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壓等極限條件，要么是采用紫外光、電子束輻照等微觀(guān)處理技術(shù)，但其產(chǎn)率較低、產(chǎn)物不純，阻礙了人們對(duì)該類(lèi)材料的性質(zhì)與應(yīng)用進(jìn)行更深入探索。

朱彥武團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于發(fā)展新型碳材料的規(guī)模化制備技術(shù)，早在2011年，就找到了一種化學(xué)“活化”的方式“激活”石墨烯。此后，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了“活化”方法的普適性。

在此次研究中，朱彥武團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地使用氮化鋰對(duì)富勒烯碳60分子晶體進(jìn)行電荷注入，并在溫和溫度下進(jìn)行熱處理，最終得到大量的碳60聚合物晶體以及長(zhǎng)程有序多孔碳晶體。

朱彥武表示：“接下來(lái)，我們將系統(tǒng)地研究長(zhǎng)程有序多孔碳基晶體的性質(zhì)，期望通過(guò)精細(xì)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)一步調(diào)控晶體的原子級(jí)結(jié)構(gòu)特征，探索更多的性質(zhì)和應(yīng)用。”(完)