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石墨炔是不是碳的同素異形體石墨炔是化合物嗎？

2022-05-26 13:39:43 來(lái)源：星際派

石墨炔(Graphyne)，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。研究表明，石墨炔是一種非常理想的儲(chǔ)鋰材料，且其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)更有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴(kuò)散和傳輸，這樣賦予其非常好的倍率性能，從實(shí)踐證明石墨炔是一種非常有前景的儲(chǔ)鋰能源材料，科學(xué)家也預(yù)測(cè)它在新能源領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生非比尋常的影響。

據(jù)最新一期《自然·合成》報(bào)道，美國(guó)科羅拉多大學(xué)研究人員開展的一項(xiàng)研究，已成功合成出科學(xué)家們數(shù)十年來(lái)孜孜以求的一種新型碳——石墨炔。該成果填補(bǔ)了碳材料科學(xué)長(zhǎng)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。

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們不斷探索構(gòu)建新的碳同素異形體，石墨炔正是研究的焦點(diǎn)之一，因?yàn)樗c另一種受到工業(yè)界高度青睞的碳“神奇材料”石墨烯相似。石墨烯研究已經(jīng)在2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而在石墨炔領(lǐng)域，盡管經(jīng)過(guò)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。最著名的碳同素異形體是常用于鉛筆和電池等工具的石墨以及金剛石，它們分別由sp2碳和sp3碳制成。

科學(xué)家們利用傳統(tǒng)化學(xué)方法成功地創(chuàng)造了各種同素異形體，包括富勒烯(其發(fā)現(xiàn)于1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))和石墨烯。然而，這些方法不允許不同類型的碳以任何大容量一起合成，這使得推測(cè)具有獨(dú)特電子傳導(dǎo)、機(jī)械和光學(xué)特性的石墨炔材料，停留在理論階段。

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(guò)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。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?。

張偉表示，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”。

雖然材料已經(jīng)成功創(chuàng)建，但研究團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步研究它的特定細(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。張偉說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試從多個(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。(張夢(mèng)然)

關(guān)鍵詞：碳同素異形體碳材料科學(xué) 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 科羅拉多大學(xué)