本報合肥1月12日凌晨電日前，中國科學技術大學朱彥武教授研究團隊通過對富勒烯C60分子晶體進行電荷注入，在常壓條件下構建了C60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體，并實現(xiàn)了其克量級制備。1月12日凌晨，該研究成果發(fā)表于國際學術期刊《自然》。

碳是自然界最常見的元素之一，碳原子之間通過不同排列方式，能夠形成多種結構，比如我們熟悉的石墨、金剛石和無定型碳，已經(jīng)廣泛應用于各個領域。

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，得到了廣泛關注，并引發(fā)研究熱潮。“如果我們可以在一個晶體結構中引入納米單元，例如用富勒烯、石墨烯等作為基本結構單元代替普通晶體中的原子，像搭積木一樣‘搭建’出新型碳材料，可能會發(fā)掘更多新奇性質，發(fā)揮更大應用潛力。”朱彥武說。

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，但其產率較低、產物不純，阻礙了人們對該類材料的性質與應用進行更深入探索。

在此次研究中，朱彥武團隊創(chuàng)造性地使用氮化鋰對富勒烯C60分子晶體進行電荷注入，并在溫和溫度下進行熱處理，最終得到大量的C60聚合物晶體以及長程有序多孔碳晶體。

值得注意的是，團隊通過基于機器學習和神經(jīng)網(wǎng)絡勢函數(shù)的結構搜索結果進一步表明，長程有序多孔碳基晶體代表了一大類從富勒烯分子晶體到石墨類碳晶體轉變過程中的亞穩(wěn)態(tài)晶體結構。

“這里的長程有序多孔碳晶體，微觀上具有多孔特征但完整保留了晶體的宏觀周期性，是一類新的人工碳晶體，未來可能在能量存儲、離子篩分、負載催化等領域具有潛在應用。電荷注入技術也為構建這類碳基晶體材料提供了一種搭積木式的制備技術，有望成為在原子級精度上調控晶體結構的新手段。”朱彥武介紹。

《自然》審稿人稱:“論文中給出的結果令人信服，對晶體學和材料科學領域具有重要意義。”