12月1日消息，同濟(jì)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(tuán)隊(duì)首次成功合成了分別由10個(gè)或14個(gè)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(gè)碳原子周圍與之成鍵的原子數(shù)目。

當(dāng)每個(gè)碳原子和周圍四個(gè)原子成鍵時(shí)，就形成了自然界中天然存在的堅(jiān)硬透明的物質(zhì)——鉆石;當(dāng)它和周圍三個(gè)原子成鍵時(shí)，則形成了質(zhì)軟黑色的石墨。

當(dāng)每個(gè)碳原子只和周圍兩個(gè)原子成鍵時(shí)，會(huì)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(shí)驗(yàn)室與牛津大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)制備出單個(gè)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(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)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(tái)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(jìn)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(xiàng)研究工作極大推動(dòng)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(diǎn)，國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了該項(xiàng)科研成果。