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成功合成石墨炔！“下一代奇跡材料”填補(bǔ)了碳材料科學(xué)空白
2022年05月25日 09:18:22
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：4482
美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校化學(xué)系教授張偉團(tuán)隊(duì)使用炔烴復(fù)分解過程以及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制，成功地創(chuàng)造出以前從未實(shí)現(xiàn)的成果：一種可與石墨烯的導(dǎo)電性相媲美但可控的材料，即石墨炔。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】石墨炔是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后，一種新的全碳納米結(jié)構(gòu)材料，具有豐富的碳化學(xué)鍵、大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，被譽(yù)為是最穩(wěn)定的一種人工合成的二炔碳的同素異形體。由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)及類似硅優(yōu)異的半導(dǎo)體性能，石墨炔有望可以廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體以及新能源領(lǐng)域。
自1990年來，科學(xué)家們一直致力于發(fā)展新的方法合成新的碳同素異形體，探索其新的性能，先后發(fā)現(xiàn)了富勒烯、碳納米管和石墨烯等新的碳同素異形體，并成為國際學(xué)術(shù)研究的前沿和熱點(diǎn)，形成了交叉科學(xué)的獨(dú)立研究領(lǐng)域。但石墨炔領(lǐng)域并沒有石墨烯發(fā)展得順利，經(jīng)過數(shù)十年的理論研究和實(shí)踐，科學(xué)家只創(chuàng)建出幾個(gè)石墨炔片段。
根據(jù)sp2、sp3和sp雜化碳(或碳原子與其他元素結(jié)合的不同方式)及其相應(yīng)鍵的利用方式，可采用不同的方式構(gòu)建碳同素異形體。由于sp雜化態(tài)形成的碳碳三鍵具有線性結(jié)構(gòu)、無順反異構(gòu)體和高共軛等優(yōu)點(diǎn)，人們一直渴望能獲得有sp雜化態(tài)的新的碳同素異形體，并認(rèn)為該類碳材料具備優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)和光電性能而成為下一代新的電子和光電器件的關(guān)鍵材料。
炔烴復(fù)分解是一種有機(jī)反應(yīng)，需要重新分配或切割、重整炔烴化學(xué)鍵(一種具有至少一種碳—碳三重共價(jià)鍵的碳?xì)浠衔?。美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校化學(xué)系教授張偉團(tuán)隊(duì)使用炔烴復(fù)分解過程以及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制，成功地創(chuàng)造出以前從未實(shí)現(xiàn)的成果：一種可與石墨烯的導(dǎo)電性相媲美但可控的材料，即石墨炔。石墨烯和石墨炔之間有很大的區(qū)別，而石墨炔有望成為“下一代奇跡材料”。
該成果填補(bǔ)了碳材料科學(xué)長期存在的空白，或?yàn)殡娮印⒐鈱W(xué)和半導(dǎo)體材料研究開辟全新的途徑。而研究團(tuán)隊(duì)會(huì)進(jìn)一步研究其特定細(xì)節(jié)，包括如何大規(guī)模創(chuàng)建材料以及如何對(duì)其進(jìn)行操作。他們也將繼續(xù)嘗試從多個(gè)維度探索這種新型材料，包括實(shí)驗(yàn)和理論，從原子級(jí)到真正的設(shè)備，這些努力將有助于弄清楚該材料的電子傳導(dǎo)和光學(xué)特性如何用于鋰離子電池等工業(yè)應(yīng)用。
(資料來源：科技日?qǐng)?bào))
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