近日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員鄭健團(tuán)隊(duì)在常壓下，通過(guò)簡(jiǎn)單的反應(yīng)條件，研制出了一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合C60。這是一種全新的簇聚二維超結(jié)構(gòu)，C60簇籠在平面上通過(guò)C-C鍵相互共價(jià)鍵合形成規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種新型碳材料具有較高的結(jié)晶度和良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，為碳材料的研究提供了全新的思路。該成果引起了國(guó)際化學(xué)界和材料學(xué)界的廣泛關(guān)注。

同一種元素構(gòu)成的物質(zhì)，由于原子排列不同，展現(xiàn)出不同的物理化學(xué)性質(zhì)，該物質(zhì)被稱之為同素異形體。石墨和金剛石等都是碳的同素異形體。但這些材料都是原本就存在于自然界中的，一直以來(lái)，科學(xué)家們都在尋找，有沒(méi)有可能用碳原子“搭建”出新型材料，“定制”出新型碳材料。

“對(duì)于制備純碳材料，以往是用碳原子作為基礎(chǔ)單元去構(gòu)筑。”鄭健說(shuō)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地用C60分子替代碳原子作為基礎(chǔ)單元，在常溫常壓的條件下，通過(guò)摻雜鎂將C60分子聚合起來(lái)，再通過(guò)有機(jī)陽(yáng)離子切片把鎂去掉，最終得到單層聚合C60。

這是一種全新的簇聚二維超結(jié)構(gòu)，由C60簇籠在平面上通過(guò)C-C鍵相互共價(jià)鍵合形成規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。“為了得到這個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，我們用了5年。”鄭健說(shuō)，一個(gè)C60分子中一共有60個(gè)碳原子，想要得到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，就要讓相鄰分子中的碳原子形成穩(wěn)定連接。研究團(tuán)隊(duì)嘗試了很多種方法，制備了許多樣品，走了很多彎路，終于，潛心研究有了回報(bào)：多種表征測(cè)量結(jié)果顯示，這種新材料就是鄭健團(tuán)隊(duì)想要得到的目標(biāo)材料，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)了一種新的制備碳材料的方法。

同時(shí)，測(cè)量結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，這種新材料是典型的半導(dǎo)體，具有良好的熱力學(xué)穩(wěn)定性，在約326.85℃下仍舊穩(wěn)定存在。鄭健說(shuō)：“該新型碳新材料在非線性光學(xué)和功能化電子器件方面具有重要應(yīng)用意義，在超導(dǎo)、量子計(jì)算、自旋輸運(yùn)、信息及能量存儲(chǔ)、催化等領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用前景。”接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將深入研究這一新材料的特性，探索更多的應(yīng)用場(chǎng)景和更大的應(yīng)用價(jià)值。