| 2010年，中科院化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的資助下，在石墨炔研究方面取得了重要突破。
研究人員利用六炔基苯在銅片的催化作用下發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，成功地在銅片表面上通過(guò)化學(xué)方法合成了大面積碳的新的同素異形體——石墨炔（graphdiyne）薄膜，研究結(jié)果發(fā)表在2010年的《化學(xué)通訊》（Chem. Commun）上。
近20年來(lái)，科學(xué)家們一直致力于發(fā)展新的方法合成新的碳同素異形體，探索其新的性能，先后發(fā)現(xiàn)了富勒烯、碳納米管和石墨烯等新的碳同素異形體，并成為國(guó)際學(xué)術(shù)研究的前沿和熱點(diǎn)，形成了交叉科學(xué)的獨(dú)立研究領(lǐng)域。碳具有sp3、sp2和sp三種雜化態(tài)，通過(guò)不同雜化態(tài)可以形成多種碳的同素異形體，如通過(guò)sp3雜化可以形成金剛石，通過(guò)sp3與sp2雜化則可以形成碳納米管、富勒烯和石墨烯等。由于sp雜化態(tài)形成的碳碳三鍵具有線性結(jié)構(gòu)、無(wú)順?lè)串悩?gòu)體和高共軛等優(yōu)點(diǎn)，人們一直渴望能獲得有sp雜化態(tài)的新的碳同素異形體，并認(rèn)為該類碳材料具備優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)和光電性能而成為下一代新的電子和光電器件的關(guān)鍵材料。石墨炔是第一個(gè)以sp、sp2和sp3三種雜化態(tài)形成的新的碳同素異形體，最有可能被人工合成的非天然的碳同素異形體。
化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研人員長(zhǎng)期致力于碳材料的合成、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和性能的研究。他們成功研究出石墨炔薄膜后，Chem. Commun的審稿人在評(píng)價(jià)這一研究成果時(shí)表示：“這是碳化學(xué)的一個(gè)令人矚目的進(jìn)展，大面積的石墨炔薄膜的制備是一個(gè)真正的重大發(fā)現(xiàn)，研究結(jié)果非常讓人振奮，并將為大面積石墨炔薄膜在納米電子的應(yīng)用開(kāi)辟一條道路。”
獲得的石墨炔薄膜面積可達(dá)3.61cm2，是高晶化的單晶薄膜，拉曼光譜顯示了其特征峰在1382、1569、1926和2189cm-1，并證實(shí)該薄膜具有較高的有序度和較低的缺陷，薄膜電導(dǎo)率為：10-3-10-4 S m-1。石墨炔是由1，3-二炔鍵將苯環(huán)共軛連接形成二維平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全碳分子，具有豐富的碳化學(xué)鍵，大的共軛體系、寬面間距（4.1913Å）、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和半導(dǎo)體性能。這種新的碳同素異形體的發(fā)現(xiàn)，使得受國(guó)際科學(xué)界高度重視的碳材料“家族”又誕生了一個(gè)新的成員。石墨炔特殊的電子結(jié)構(gòu)將在超導(dǎo)、電子、能源以及光電等領(lǐng)域具有潛在、重要的應(yīng)用前景。 |
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