中国科学家创造新的碳族单晶材料

碳是一种神奇的材料，可以制成柔软的铅笔芯，也可以制成坚硬的钻石。《自然》年16日发表了一项碳族新材料的研究成果。中国科学院化学研究所的研究人员通过简单的反应条件，在常压下创造了一种新的碳同素异形体单晶——单层聚合C60。

金刚石、石墨烯、富勒烯、碳纳米管等材料都是由碳原子组成的，但由于原子的排列方式不同，表现出完全不同的物理化学性质。因此，它们被称为碳的“同素异形体”。

新型碳同素异形体的研究和新型碳材料的制备一直是材料领域的前沿科学问题。“迄今为止，单个原子是构建二维材料的最小单位。以纳米团簇为基本单元，利用传统的化学反应，自下而上构建更高级的类似‘砖块’的二维拓扑材料，还没有实现。”中国科学院化学研究所研究员简媜坦言。

经过5年的潜心研究，研究人员通过掺杂聚合-剥离两步法，成功地在平面上聚合了纳米团簇C60，并通过碳碳键相互共价键合，形成规则的二维拓扑结构材料，即单层二维聚合C60单晶。

“通过进一步研究，我们发现这种新型碳材料具有结晶度高、热力学稳定性好、带隙宽度适中等优异特性。”简媜说，这是继石墨烯之后又一种稳定的二维碳材料。

简媜说，这项研究开辟了用碳团簇代替原子构建碳材料的新策略。同时，新制备的碳材料在非线性光学和功能电子器件方面有很大的应用前景，在超导、量子计算、自旋输运、信息和能量存储、催化等领域也有潜在的应用价值。