IT之家 1 月 12 日消息，據(jù)中國科大發(fā)布，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱彥武教授研究團隊通過對富勒烯 C60 分子晶體進行電荷注入，在常壓條件下構(gòu)建了 C60 聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體，并實現(xiàn)了其克量級制備。1 月 12 日，研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
據(jù)朱彥武介紹，“這里的長程有序多孔碳晶體，微觀上具有多孔特征但完整保留晶體的宏觀周期性，是一類新的人工碳晶體，未來可能在能量存儲、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)建這類碳基晶體材料提供了一種拼‘樂高’式的制備技術(shù)，有望成為在原子級精度上調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)的新手段?！薄蹲匀弧贩Q，“論文中給出的結(jié)果令人信服，對晶體學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域具有重要意義?！?/p>
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)用于各個領(lǐng)域。
朱彥武團隊長期致力于發(fā)展新型碳材料的規(guī)?；苽浼夹g(shù)。早在 2011 年，朱彥武就找到一種化學(xué)“活化”的方式“激活”石墨烯，成功地將石墨烯片層重構(gòu)成為兼具高比表面積、高電導(dǎo)率和負(fù)曲率結(jié)構(gòu)的“活化石墨烯”，作為超級電容器電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異性能，該研究成果曾發(fā)表在《科學(xué)》上。
IT之家了解到，在此次研究中，朱彥武團隊創(chuàng)造性地使用氮化鋰對富勒烯 C60 分子晶體進行電荷注入，并在溫和溫度下進行熱處理，最終得到大量的 C60 聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體。
一個 C60 分子中有 60 個碳原子，想要以其為結(jié)構(gòu)單元得到新的碳結(jié)構(gòu)，就要讓相鄰分子之間形成穩(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的那部分碳原子形成共價鍵。
論文共同第一作者、中國科大特任副研究員倪堃說，“我們對 C60 聚合物晶體和長程有序多孔碳晶體的形成機理進行了理論模擬。結(jié)果表明，電荷注入引起了富勒烯 C60 分子間的電偶極矩相互作用，降低了反應(yīng)過程中相鄰 C60 分子之間的加成反應(yīng)勢壘，使得反應(yīng)更容易發(fā)生；進一步反應(yīng)使得分子間連接部分轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢倪B接結(jié)構(gòu)，但在該反應(yīng)過程中部分破碎的富勒烯 C60 分子仍保持良好的周期性排列?！?/p>
值得注意的是，團隊通過基于機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)勢函數(shù)的結(jié)構(gòu)搜索結(jié)果進一步表明，長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)。
論文鏈接
https://www.nature.com/articles/s41586-022-05532-0
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