中國科學(xué)家合成碳同素異形體C10和C14 有望成新型半導(dǎo)體材料
12月1日消息,同濟大學(xué)官網(wǎng)發(fā)文稱,該校材料科學(xué)與工程學(xué)院許維教授團隊首次成功合成了分別由10個或14個碳原子組成的環(huán)形純碳分子材料。
據(jù)介紹,碳是一種常見的非金屬元素,碳材料在自然界中有多種形式,其具體外在表現(xiàn)形式取決于每個碳原子周圍與之成鍵的原子數(shù)目。
當(dāng)每個碳原子和周圍四個原子成鍵時,就形成了自然界中天然存在的堅硬透明的物質(zhì)——鉆石;當(dāng)它和周圍三個原子成鍵時,則形成了質(zhì)軟黑色的石墨。
當(dāng)每個碳原子只和周圍兩個原子成鍵時,會形成環(huán)形純碳分子(即環(huán)型碳,Cn)。由于這種類型的碳結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定,在自然界中并不存在,而人工合成又極具挑戰(zhàn)性。
2019年,IBM實驗室與牛津大學(xué)研究團隊制備出單個的環(huán)型碳C18,但對于更小的環(huán)型碳,由于尺寸太小其合成變得更具挑戰(zhàn)性。
環(huán)型碳C10和C14的表面合成策略與化學(xué)結(jié)構(gòu)表征
在本研究中,團隊創(chuàng)新性地設(shè)計了全鹵化萘(C10Cl8)和蒽(C14Cl10)兩種前驅(qū)體分子,將這兩種分子放在“手術(shù)臺上”(氯化鈉薄膜)并將其“麻醉”(液氦4.7 K凍住),而后利用STM針尖作為“手術(shù)刀”對其進行“手術(shù)”(原子操縱),成功合成C10和C14。
不同于此前C18的聚炔型結(jié)構(gòu),C10和C14均具有累積烯烴型的結(jié)構(gòu)。
許維教授表示,這項研究工作極大推動了環(huán)型碳領(lǐng)域的發(fā)展,合成的環(huán)型碳有望發(fā)展成為新型半導(dǎo)體材料,并在分子電子器件中有著廣闊的應(yīng)用前景。
11月30日零點,國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了該項科研成果。