同济大学官网发文称,该校材料科学与工程学院许维教授团队首次成功合成了分别由10个或14个碳原子组成的环形纯碳分子材料。
据介绍,碳是一种常见的非金属元素,碳材料在自然界中有多种形式,其具体外在表现形式取决于每个碳原子周围与之成键的原子数目。
当每个碳原子和周围四个原子成键时,就形成了自然界中天然存在的坚硬透明的物质——钻石;当它和周围三个原子成键时,则形成了质软黑色的石墨。
当每个碳原子只和周围两个原子成键时,会形成环形纯碳分子(即环型碳,Cn)。由于这种类型的碳结构极不稳定,在自然界中并不存在,而人工合成又极具挑战性。
2019年,IBM实验室与牛津大学研究团队制备出单个的环型碳C18,但对于更小的环型碳,由于尺寸太小其合成变得更具挑战性。
环型碳C10和C14的表面合成策略与化学结构表征
在本研究中,团队创新性地设计了全卤化萘(C10Cl8)和蒽(C14Cl10)两种前驱体分子,将这两种分子放在“手术台上”(氯化钠薄膜)并将其“麻醉”(液氦4.7 K冻住),而后利用STM针尖作为“手术刀”对其进行“手术”(原子操纵),成功合成C10和C14。
不同于此前C18的聚炔型结构,C10和C14均具有累积烯烃型的结构。
许维教授表示,这项研究工作极大推动了环型碳领域的发展,合成的环型碳有望发展成为新型半导体材料,并在分子电子器件中有着广阔的应用前景。