Nature重大成果|碳的同素異形體新成員出現

　　碳的同素異形體有：金剛石、石墨、石墨烯、富勒烯、直鏈乙炔碳、無定形碳、碳納米管、纖維碳、碳納米泡沫。碳同素異形體指的是元素碳的同素異形體，即純碳元素所能構成的各種不同的分子結構。

　　同素異形體是指由同樣的單一化學元素組成，因排列方式不同，而具有不同性質的單質。同素異形體之間的性質差異主要表現在物理性質上，化學性質上也有著活性的差異。 碳具有兩種天然同素異形體，分別是金剛石和石墨。這兩種結構分別由碳原子sp3和sp2雜化態在三維空間相互鏈接形成。將碳的不同雜化態在三維空間進行構建，理論上，可以合成無限碳的同素異形體。富勒烯(C60)是第一種人工合成的碳同素異形體，屬于完全由碳原子組成的多環聚合物。C60聚合物層具有規則的起伏拓撲結構，在電子傳輸和磁性性能上具有獨特性能。理論上，構建聚合物有無限可能。例如，石墨烯是碳的另一種同素異形體，也是碳原子的一種聚合物。將石墨烯與碳的其它同素異形體相互聚合會導致新型結構的二維薄片。

　　鑒于此，近期，美國哥倫比亞大學Elena Meirzadeh、Michael L. Steigerwald、Jingjing Yang,、Colin Nuckolls和Xavier Roy等研究者在Nature上，發表了以“A few-layer covalent network of fullerenes”為題的研究成果。

　　研究主要道了一種新型聚合物石墨-富勒烯（Graphullerene），其本質是C60的二維聚合物，由富勒烯次級結構以六方晶格形式相互共價連接構成。這種結構的形成打破了分子和碳材料不能結合構建的鴻溝。此外，作者還構筑了電荷中性，純碳基的宏觀晶體材料，為創造異質結構和光電子器件提供了清晰的思路。

　　參與這項工作的研究人員多達十幾名。文章提出了一種化學策略，將石墨烯-C60通過一系列的處理制備為易于剝落的大塊單晶。這種墨烯-C60多分子層晶體呈電荷中性，剝落的大塊單晶沒有殘留的反離子或雜質，為基于該材料的功能器件提供了新的制備方法。

　　參考文獻

　　E Meirzadeh et al, Nature, 2023, DOI: 10.1038/s41586-022-05401-w