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重大突破——碳晶体又有新成员

关键词 碳晶体|2023-01-13 10:54:38|来源 中国超硬材料网
摘要 碳元素拥有一个大家庭,有众多同素异构体。虽然都由碳原子构成,但通过不同排列方式,能够形成多种晶体结构。碳原子通过不同轨道杂化方式,形成石墨、金刚石等具有不同性质和应用的碳基晶体;s...

       碳元素拥有一个大家庭,有众多同素异构体。虽然都由碳原子构成,但通过不同排列方式,能够形成多种晶体结构。碳原子通过不同轨道杂化方式,形成石墨、金刚石等具有不同性质和应用的碳基晶体;sp2杂化的碳原子通过维度、曲率等变化,可形成富勒烯、纳米碳管和石墨烯等碳基纳米结构,体现出独特性质,有关碳元素构成的不同晶体我们之前也介绍过很多。

       1月12日,《自然》杂志上刊登了91自拍视频新型人工碳晶体的文章,我国科学家在该领域又有新成果。中国科学技术大学朱彦武教授团队发表题为“Long-Range Ordered Porous Carbons Produced from C60”的研究论文,报道了通过对富勒烯C60分子晶体进行电荷注入,在常压条件下构建了C60聚合物晶体以及长程有序多孔碳晶体,并实现了其克量级制备。

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中国科大朱彦武教授(一排中)研究团队部分成员合影

       朱彦武团队长期致力于发展新型碳材料的规模化制备技术。早在2011年,朱教授就找到了91自拍视频用化学“活化”的方式“激活”石墨烯,成功地将石墨烯片层重构成为兼具高比表面积、高电导率和负曲率结构的“活化石墨烯”,作为超级电容器电极材料表现出优异性能,该研究成果曾发表在《科学》上。

       在此次研究中,朱彦武团队创造性地使用氮化锂对富勒烯C60分子晶体进行电荷注入,并在温和温度下进行热处理,最终得到大量的C60聚合物晶体以及长程有序多孔碳晶体。

       在该研究中,研究人员实现了上述材料的克量级制备,系统表征了其微观结构、谱学特征、结构衍化和电学性质;发展了电荷注入方法辅助实现C60分子间界面的原子级精度调控,为新型碳基晶体结构构建、性质研究及应用探索提供了新的视野,也就是大家所说的“拼乐高”式的制备技术。

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图1.形貌和结构表征

       团队研究发现,将氮化锂(a-Li3N)和石墨接触时,其部分电子会转移至石墨的π电子云,导致石墨层间距异常增大、层间滑移能垒降低,从而使得3R相(ABC堆叠)石墨可在比此前报道低得多的温度下转变为2H相(AB堆叠)(Nano Lett. 2021, 21, 5648)。

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图2.微观结构表征

       朱教授介绍,“这里的长程有序多孔碳晶体,微观上具有多孔特征但完整保留了晶体的宏观周期性,是一类新的人工碳晶体,未来可能在能量存储、离子筛分、负载催化等领域具有潜在应用。电荷注入技术为构建这类碳基晶体材料提供了91自拍视频拼‘乐高’式的制备技术,有望成为在原子级精度上调控晶体结构的新手段。” “如果我们可以在一个晶体结构中引入纳米单元,例如用富勒烯、石墨烯等作为基本结构单元代替普通晶体中的原子,像搭积木一样‘搭建’出新型碳材料,可能会发掘更多新奇性质,发挥更大应用潜力。”

       朱教授表示,“接下来,我们将系统地研究长程有序多孔碳基晶体的性质,期望通过精细调节实验参数进一步调控晶体的原子级结构特征,探索更多的性质和应用。”

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       中国科学技术大学潘飞特任副研究员(实验)、倪堃特任副研究员(理论)、东南大学徐涛副教授(球差电镜表征)为该论文的共同第一作者。韩国基础科学研究所Rodney. S. Ruoff教授、中国科学技术大学朱彦武教授为该论文的共同通讯作者。该工作获得了科技部重大研究计划、国家自然科学基金等项目经费的支持。

       论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-05532-0


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