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記者從中國科學技術(shù)大學獲，該校朱彥武教授研究團隊過對富勒烯C60分子晶體進行電荷注入，在常壓條件下建了C60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體，并實現(xiàn)其克量級制備。1月12日，研究成果發(fā)表于國際學術(shù)期《自然》。朱彥武教授介紹“這里的長程有序多孔碳晶，微觀上具有多孔特征但完保留了晶體的宏觀周期性，一類新的人工碳晶體，未來能在能量存儲、離子篩分、載催化等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用電荷注入技術(shù)為構(gòu)建這類碳晶體材料提供了一種拼‘樂’式的制備技術(shù)，有望成為原子級精度上調(diào)控晶體結(jié)構(gòu)新手段?！薄蹲匀弧穼徃迦?，“論文中給出的結(jié)果令人服，對晶體學和材料科學領(lǐng)具有重要意義?！碧际亲匀?最常見的元素之一，碳原子間通過不同排列方式，能夠成多種結(jié)構(gòu)，比如我們熟悉石墨、金剛石和無定型碳，經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。近來，富勒烯、納米碳管、石烯和石墨炔等新型碳材料的現(xiàn)和發(fā)展，引起了廣泛的關(guān)與研究熱潮。“如果我們可在一個晶體結(jié)構(gòu)中引入納米元，例如用富勒烯、石墨烯作為基本結(jié)構(gòu)單元代替普通體中的原子，像搭積木一樣搭建’出新型碳材料，可能發(fā)掘更多新奇性質(zhì)，發(fā)揮更應(yīng)用潛力?！敝鞆┪湔f。此，對于制備這類新型碳材料研究人員要么是利用高溫高等極限條件，要么是采用紫光、電子束輻照等微觀處理術(shù)。但其產(chǎn)率較低、產(chǎn)物不，阻礙了人們對該類材料的質(zhì)與應(yīng)用進行更深入探索。彥武團隊長期致力于發(fā)展新碳材料的規(guī)模化制備技術(shù)。在2011年，朱彥武就找到了一種化學虢山活化”的方式激活”石墨烯，成功地將石烯片層重構(gòu)成為兼具高比表積、高電導率和負曲率結(jié)構(gòu)“活化石墨烯”，作為超級容器電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異性，該研究成果曾發(fā)表在《科》上。此后，團隊進一步探了“活化”方法的普適性，曾用來活化富勒烯C60分子。但發(fā)現(xiàn)該方法太過劇烈，壞了C60分子的籠狀結(jié)構(gòu)，無法得到周期性的晶體結(jié)構(gòu)在此次研究中，朱彥武團隊造性地使用氮化鋰對富勒烯C60分子晶體進行電荷注入，并在溫和巫即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。一個C60分子中有60個碳原子，想要以其為結(jié)構(gòu)單得到新的碳結(jié)構(gòu)，就要讓相分子之間形成穩(wěn)定連接，即個C60分子中的部分碳原子與相鄰分子中距離較女戚的那分碳原子形成共價鍵?！坝?電子能級不同，電子會從氮鋰轉(zhuǎn)移至C60分子以實現(xiàn)電荷注入，這些額外的電荷會變C60分子的電子云分布，使得相鄰分子之間容易形成價鍵——發(fā)生加成反應(yīng)，兩分子‘牽手’成功?！闭撐?一作者、中國科大特任副研員潘飛說。論文共同第一作、中國科大特任副研究員倪說，“我們對C60聚合物晶體和長程有序多孔碳晶體的成機理進行了理論模擬。結(jié)表明，電荷注入引起了富勒C60分子間的電偶極矩相互作用，降低了反應(yīng)過?山中相C60分子之間的加成反應(yīng)勢壘，使得反應(yīng)更容易發(fā)鳳凰；一步反應(yīng)使得分子間連接部轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢倪B接結(jié)構(gòu)，但該反應(yīng)過程中部分破碎的富烯C60分子仍保持良好的周期性排列?！敝档米⒁獾氖?團隊通過基于機器學習和神網(wǎng)絡(luò)勢函數(shù)的結(jié)構(gòu)搜索結(jié)果一步表明，長程有序多孔碳晶體代表了一大類從富勒烯子晶體到石墨類碳晶體轉(zhuǎn)變程中的亞穩(wěn)態(tài)晶體結(jié)構(gòu)。朱武表示，“接下來，我們將統(tǒng)地研究長程有序多孔碳基體的性質(zhì)，期望通過精細調(diào)實驗參數(shù)進一步調(diào)控晶體的子級結(jié)構(gòu)特征，探索更多的質(zhì)和應(yīng)用?！保ㄔ瓨祟}《我科學家構(gòu)建出新型人工碳晶》?