日前，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，并實(shí)現(xiàn)了其克量級(jí)制備。1月12日凌晨，該研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

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)，比如我們熟悉的石墨、金剛石和無定型碳，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

近年來，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，得到了廣泛關(guān)注，并引發(fā)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?！敝鞆┪湔f。

此前，對(duì)于制備這類新型碳材料，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)該類材料的性質(zhì)與應(yīng)用進(jìn)行更深入探索。

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。

值得注意的是，團(tuán)隊(duì)通過基于機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢(shì)函數(shù)的結(jié)構(gòu)搜索結(jié)果進(jìn)一步表明，長(zhǎng)程有序多孔碳基晶體代表了一大類從富勒烯分子晶體到石墨類碳晶體轉(zhuǎn)變過程中的亞穩(wěn)態(tài)晶體結(jié)構(gòu)。

“這里的長(zhǎng)程有序多孔碳晶體，微觀上具有多孔特征但完整保留了晶體的宏觀周期性，是一類新的人工碳晶體，未來可能在能量存儲(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)也為構(gòu)建這類碳基晶體材料提供了一種搭積木式的制備技術(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?！敝鞆┪浣榻B。

《自然》審稿人稱：“論文中給出的結(jié)果令人信服，對(duì)晶體學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域具有重要意義?！保ㄓ浾叨∫圾Q 通訊員王敏）

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