十多年來，科學(xué)家們一直試圖合成一種稱為石墨炔的新型碳，但成功有限。不過，由于科羅拉多大學(xué)博爾德分校的新研究，這項(xiàng)努力現(xiàn)在已經(jīng)結(jié)束。長期以來，石墨烯一直引起科學(xué)家們的興趣，因?yàn)樗c“神奇材料”石墨烯(另一種受到工業(yè)界高度重視的碳形式)相似，其研究甚至在2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，盡管經(jīng)過數(shù)十年的工作和從理論上講，在此之前只創(chuàng)建了幾個(gè)片段。

這項(xiàng)研究于上周在NatureSynthesis上宣布，填補(bǔ)了碳材料科學(xué)長期存在的空白，可能為電子、光學(xué)和半導(dǎo)體材料研究開辟全新的可能性。

“整個(gè)觀眾、整個(gè)領(lǐng)域都非常興奮，因?yàn)檫@個(gè)長期存在的問題，或者這種想象中的材料，終于被實(shí)現(xiàn)了，”該論文的第一作者、2022年化學(xué)博士研究生胡一鳴說。

長期以來，科學(xué)家們一直對(duì)構(gòu)建新的或新穎的碳同素異形體或碳形式感興趣，因?yàn)樘紝?duì)工業(yè)的有用性以及它的多功能性。

根據(jù)sp2、sp3和sp雜化碳(或碳原子與其他元素結(jié)合的不同方式)及其相應(yīng)鍵的使用方式，可以采用不同的方式構(gòu)建碳同素異形體。最著名的碳同素異形體是石墨(用于鉛筆和電池等工具)和鉆石，它們分別由sp2碳和sp3碳制成。

多年來，科學(xué)家們利用傳統(tǒng)的化學(xué)方法成功地創(chuàng)造了各種同素異形體，包括富勒烯(其發(fā)現(xiàn)于1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng))和石墨烯。

然而，這些方法不允許以任何類型的大容量將不同類型的碳合成在一起，就像石墨烯所需要的那樣，它已經(jīng)離開了理論材料——推測(cè)具有獨(dú)特的電子傳導(dǎo)、機(jī)械和光學(xué)特性——保持不變：一種理論。

但也正是這種對(duì)非傳統(tǒng)的需求導(dǎo)致該領(lǐng)域的人接觸到張偉的實(shí)驗(yàn)室小組。

張是CUBoulder的化學(xué)教授，研究可逆化學(xué)，這是一種允許鍵自我校正的化學(xué)，允許創(chuàng)建新的有序結(jié)構(gòu)或晶格，例如合成DNA樣聚合物。

經(jīng)過接觸，張和他的實(shí)驗(yàn)室組決定試一試。

創(chuàng)建石墨炔是一個(gè)“非常古老、長期存在的問題，但由于合成工具有限，興趣下降了，”胡博士是一名博士。張的實(shí)驗(yàn)室組的學(xué)生，評(píng)論道。“我們?cè)俅翁岢隽藛栴}，并使用了一種新工具來解決一個(gè)非常重要的老問題。”

使用稱為炔烴復(fù)分解的過程-這是一種有機(jī)反應(yīng)，需要重新分配或切割和重整炔烴化學(xué)鍵(一種具有至少一個(gè)碳-碳三共價(jià)鍵的烴)-以及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制，該小組能夠成功地創(chuàng)造出以前從未創(chuàng)造過的東西：一種可以與石墨烯的導(dǎo)電性相媲美但可控的材料。

“(石墨烯和石墨烯之間)存在很大差異，但方式很好，”張說。“這可能是下一代神奇材料。這就是人們非常興奮的原因。”

雖然材料已成功創(chuàng)建，但團(tuán)隊(duì)仍想研究它的特定細(xì)節(jié)，包括如何大規(guī)模創(chuàng)建材料以及如何對(duì)其進(jìn)行操作。

“我們真的在嘗試從多個(gè)維度探索這種新型材料，無論是實(shí)驗(yàn)上還是理論上，從原子級(jí)到真實(shí)設(shè)備，”張談到下一步行動(dòng)時(shí)說。

反過來，這些努力應(yīng)該有助于弄清楚該材料的電子傳導(dǎo)和光學(xué)特性如何用于鋰離子電池等工業(yè)應(yīng)用。

“我們希望將來我們可以降低成本并簡化反應(yīng)程序，然后，希望人們能真正從我們的研究中受益，”胡說。

對(duì)于張先生來說，如果沒有跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的支持，這是不可能完成的，并補(bǔ)充說：“沒有物理系的支持，沒有同事的一些支持，這項(xiàng)工作可能無法完成。”

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