繼上周中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和合作高校發(fā)表2023年首篇Nature以來,眾多報道打出了“2023年,中科大首篇nature”的標(biāo)題,誠然,合作的文章當(dāng)然算。但細(xì)細(xì)看來,不難發(fā)現(xiàn)這篇文章的第一單位是新加坡南洋理工大學(xué)。誰能想到?一周之后,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)就真的引來了屬于自己的2023年首篇第一單位的Nature,驚不驚喜意不意外?小編我只想說,中科大確實牛!盡管,人們已經(jīng)大量報道了連接C60分子的共價鍵碳結(jié)構(gòu),但其生產(chǎn)方法,通常只能獲得非常少量的樣品,從而限制了潛在應(yīng)用所必需的詳細(xì)描述和探索。在此,來自的韓國蔚山基礎(chǔ)科學(xué)研究所的Rodney S. Ruoff& 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的朱彥武等研究者報道了以α-Li3N為催化劑的C60粉末,在常壓條件下制備了一種克量級新型碳——長程有序多孔碳(LOPC)。相關(guān)論文以題為“Long-range ordered porous carbons produced from C60”于2023年01月11日發(fā)表在Nature上。C60結(jié)晶體為面心立方(fcc)分子晶體,分子旋轉(zhuǎn)相變對溫度和壓力敏感。“富勒烯聚合物”是通過高壓高溫(HPHT)處理C60(s)、高速振動銑削、堿金屬摻雜C60(s)以及將C60(s)暴露在電子束或紫外線照射下獲得的。此前,人們采用層間鍵合解理策略,制備了單層聚合物C60網(wǎng)絡(luò)。長程有序碳簇是一種由無定形構(gòu)件組成的獨特晶體材料,通過在高壓和室溫下粉碎C60籠來合成。超硬非晶碳的HPHT處理C60晶體也有報道。具有廣泛共價鍵的碳晶體,可能具有特殊的硬度,但據(jù)報道,由于制造它們的高壓電池的尺寸,通過HPHT處理制成的碳的數(shù)量通常非常小,因此,評估它們的性質(zhì)是具有挑戰(zhàn)性的。對于它們的大規(guī)模制備,能夠更詳細(xì)地描述長期有序碳產(chǎn)物的化學(xué)方案顯然是有幫助的。在此,研究者報道了以α-Li3N為催化劑的C60粉末,在常壓條件下制備了一種克量級新型碳——長程有序多孔碳(LOPC)。LOPC由連接破碎的C60籠組成,保持長周期,并已通過X射線衍射、拉曼光譜、魔角自旋固態(tài)核磁共振光譜、像差校正透射電鏡和中子散射進(jìn)行了表征。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)值模擬表明,LOPC是富勒烯型碳向石墨烯型碳轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)。在較低的溫度、較短的退火時間或較少的α-Li3N用量下,由于電子從α-Li3N轉(zhuǎn)移到C60,形成了著名的聚合C60晶體。碳K邊近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)中LOPC的電子離域程度高于C60(s)。室溫下的電導(dǎo)率為1.17×10?2 S cm?1,在T < 30 K時的導(dǎo)電,似乎是由短距離的類金屬輸運(yùn)結(jié)合載流子跳躍引起的。LOPC的制備使得從C60(s)開始的其他晶體碳的發(fā)現(xiàn)成為可能。圖1. 形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征圖2. 微觀結(jié)構(gòu)表征圖3. 模擬和現(xiàn)場MAS-SSNMR圖4. DOS, NEXAFS和電導(dǎo)率測量綜上所述,α-Li3N和C60(s)在室溫和室溫下混合可得到一種長程有序的多孔碳LOPC,由主要由sp2碳鍵連接的斷裂C60籠組成。LOPC已通過與原始fcc C60和另一同素異形體C60聚合物晶體進(jìn)行了廣泛的實驗表征。通過模擬,研究者發(fā)現(xiàn)LOPC是一種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu),發(fā)生在富勒烯型碳向石墨烯型碳的轉(zhuǎn)變過程中,隨著退火溫度的升高,LOPC的性質(zhì)從半導(dǎo)體型向金屬型轉(zhuǎn)變。該合成很容易在半克尺度上進(jìn)行,這產(chǎn)生了足夠的材料,用于研究者所描述的表征方法。研究者看不出有任何理由,為什么不能在千克或更大的尺度上進(jìn)行這種合成。更大的數(shù)量將創(chuàng)造機(jī)會,以新的方式使用這些產(chǎn)品,并使進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)能夠產(chǎn)生其他具有有趣性質(zhì)和其他功能的下游產(chǎn)品。作者簡介朱彥武,男,1978年生,博士,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。在Science、Advanced Materials等學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文160余篇,引用30000余次,其中單篇引用最高4000余次,H因子55。2013年獲國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金資助。獲得獎勵包括SCOPUS青年科學(xué)之星銅獎、國際材聯(lián)-新加坡材料協(xié)會青年科學(xué)家獎、亞太經(jīng)合組織創(chuàng)新、研究與教育科學(xué)獎等,入選2014-2018年愛思唯爾中國材料科學(xué)家高被引作者名錄和2018-2019年科睿唯安高被引科學(xué)家名錄(跨學(xué)科領(lǐng)域)。研究方向:包括新型碳材料的制備與表征和碳基材料能量存儲與轉(zhuǎn)換。文獻(xiàn)信息Pan, F., Ni, K., Xu, T.?et al.?Long-range ordered porous carbons produced from C60.?Nature?(2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05532-0原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-05532-0https://baike.so.com/doc/5219900-24880922.html