從中國科學院獲悉，中國科學院化學研究所鄭健研究員團隊在常壓下通過簡單的反應條件，創(chuàng)制了一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合C60。這種新型碳材料具有較高的結晶度和良好的熱力學穩(wěn)定性，并具有適度的禁帶寬度，為碳材料的研究提供了全新的思路。該工作成果6月16日在國際學術期刊《自然》發(fā)布。

    碳材料一直被認為是一種未來材料，甚至有的材料學家認為人類社會由現(xiàn)今的“硅基電子時代”邁入到未來的“碳基電子時代”。通過調(diào)節(jié)碳材料的帶隙，可以使其表現(xiàn)出迥異的電學性質(zhì)：如金屬、半導體和絕緣體，從而在晶體管、能源存儲器件、超導等領域具有廣泛應用。碳材料的性能與其拓撲結構密切相關，因此，研究新的二維碳同素異形體，特別是具有帶隙的新型結構，建立結構與物性之間的關聯(lián)，具有重要意義。制備新型碳材料一直是材料領域的前沿科學問題，以富勒烯、碳納米管、石墨烯、石墨炔為代表的新型碳材料的每一次發(fā)現(xiàn)都引發(fā)了材料學家的研究熱潮。

    同一種元素構成的物質(zhì)，由于原子排列不同，展現(xiàn)出不同的物理化學性質(zhì)，我們稱之為同素異形體。碳有多種同素異形體，包括：金剛石、石墨、富勒烯、碳納米管、石墨烯和石墨炔。

    迄今為止構筑二維材料的最小單元是單個原子，被稱為人造原子的納米團簇作為基本單元構筑更高級的二維拓撲結構一直未能實現(xiàn)。由于碳碳成鍵的反應收率不是100%，且反應不可逆，因此使用傳統(tǒng)化學反應自下而上通過分子“壘磚頭”的方法制備二維團簇碳材料單晶幾乎無法完成。鄭健課題組近年來潛心研究，歷時5年，利用摻雜聚合-剝離兩步法，成功制備了單層二維聚合C60單晶，獲得了確鑿的價鍵結構。

    由于不對稱成鍵結構，單層聚合C60中每個C60單元被拉伸成方向一致的橢球形，從而使得這種新的碳材料具有顯著的平面各向異性，如各向異性聲子模式和電導率，這表明該材料在非線性光學和功能化電子器件方面具有巨大應用前景。此外，由于其獨特的共軛碳結構、巨大的超晶格和多孔骨架結構，該二維簇聚碳材料在超導、量子計算、自旋輸運、信息及能量存儲、催化等領域也具有潛在的應用。