1月11日，自然期刊（Nature）發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱彥武教授研究團(tuán)隊的最新研究成果，他們通過對富勒烯C60分子晶體進(jìn)行電荷注入，在常壓條件下構(gòu)建了C60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體(LOPC)，并實現(xiàn)了其克量級制備。

論文地址：DOI: 10.1038/s41586-022-05532-0

近年來，富勒烯、納米碳管、石墨烯和石墨炔等新型碳材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，引起了廣泛的關(guān)注與研究熱潮。此前，對于制備這類新型碳材料，研究人員要么是利用高溫高壓等極限條件，要么是采用紫外光、電子束輻照等微觀處理技術(shù)。但其產(chǎn)率較低、產(chǎn)物不純，阻礙了人們對該類材料的性質(zhì)與應(yīng)用進(jìn)行更深入探索。

朱彥武團(tuán)隊長期致力于發(fā)展新型碳材料的規(guī)模化制備技術(shù)。在此次研究中，朱彥武團(tuán)隊創(chuàng)造性地使用α-Li₃N（“α-氮化鋰”）對富勒烯C60分子晶體進(jìn)行電荷注入，并在溫和溫度下進(jìn)行熱處理，最終得到大量的C60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體（LOPC）。具體是C60與α-Li₃N混合，然后加熱至中等溫度，同時保持在一個大氣壓下。據(jù)了解，α-Li₃N催化了C60中部分碳-碳鍵的斷裂，然后通過電子轉(zhuǎn)移至C60分子與相鄰的C60分子形成新的CC鍵。“由于電子能級不同，電子會從氮化鋰轉(zhuǎn)移至C60分子以實現(xiàn)電荷注入，這些額外的電荷會改變C60分子的電子云分布，使得相鄰分子之間容易形成共價鍵——發(fā)生加成反應(yīng)，兩個分子‘牽手’成功。”論文第一作者、中國科大特任副研究員潘飛說。

LOPC的制備為發(fā)現(xiàn)從C60(s)開始的其他結(jié)晶碳鋪平了道路，其他令人興奮的選擇包括另一個元素可以通過從“內(nèi)嵌”富勒烯（例如M@C60）開始來完成，其中M可以是鑭或許多其他元素，它被封裝在全碳富勒烯籠內(nèi)。

研究團(tuán)隊看到了在能量收集、轉(zhuǎn)換和儲存，催化生成化學(xué)產(chǎn)品以及用于分子離子或氣體的分離等潛在應(yīng)用。論文中還強(qiáng)調(diào)的一個重要方面是合成的可擴(kuò)展性，它很容易擴(kuò)展到公斤級，并且通過連續(xù)的生產(chǎn)過程，有可能實現(xiàn)噸級生產(chǎn)。

編譯整理 YUXI

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