碳是一種神奇的材料，既可以制成柔軟的鉛筆芯，也可以構(gòu)成堅硬的金剛石。16日，《自然》發(fā)表了一項關于碳家族新材料的研究成果。來自中國科學院化學研究所的研究人員，在常壓下通過簡單的反應條件，創(chuàng)制出一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合C60。

金剛石、石墨烯、富勒烯、碳納米管等材料都由碳原子構(gòu)成，但由于原子排列不同，它們展現(xiàn)出完全不同的物理化學性質(zhì)，因此，它們被稱為碳的“同素異形體”。

研究新的碳同素異形體、制備新型碳材料一直是材料領域的前沿科學問題。“迄今為止，單個原子一直是構(gòu)筑二維材料的最小單元。把納米團簇作為基本單元，使用傳統(tǒng)化學反應，自下而上像‘壘磚頭’一樣構(gòu)筑更高級的二維拓撲結(jié)構(gòu)材料一直未能實現(xiàn)。”中科院化學所研究員鄭健坦言。

經(jīng)過5年的潛心研究，研究人員利用摻雜聚合—剝離兩步法，成功把納米團簇C60聚合在一個平面上，并通過碳碳鍵相互共價鍵合形成規(guī)則的二維拓撲結(jié)構(gòu)材料，即單層二維聚合C60單晶。

“通過進一步研究，我們發(fā)現(xiàn)，這種新型碳材料具有結(jié)晶度高、熱力學穩(wěn)定性好以及禁帶寬度適度等優(yōu)良特性。”鄭健說，這是繼石墨烯之后，又一種穩(wěn)定的二維碳材料。

鄭健表示，這項研究開辟了以碳簇代替原子構(gòu)筑碳材料的新策略，同時，新制備的碳材料在非線性光學和功能化電子器件方面具有巨大應用前景，在超導、量子計算、自旋輸運、信息及能量存儲、催化等領域也具有潛在的應用價值。