與碳家族親密接觸

昌盛

碳原子的世界是神奇的，它既可構(gòu)成最軟的礦物質(zhì)石墨，又能構(gòu)成自然界中最堅硬的物質(zhì)金剛石。自20世紀80年代以來，科學(xué)家對獲得碳的新結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚興趣，基于這些結(jié)構(gòu)，人們合成了許多新的衍生物，并制成了新的功能器件和相關(guān)產(chǎn)品，進一步推動了社會的快速發(fā)展。

T-碳

前不久，我國科學(xué)家在碳原子研究上獲得突破：由中科院大學(xué)物理學(xué)院蘇剛教授等人通過理論計算預(yù)言的一種三維碳結(jié)構(gòu)T-碳誕生，中外科學(xué)家聯(lián)合研究團隊成功合成了T-碳，從而使其成為可與石墨、金剛石比肩的碳的另外一種三維新結(jié)構(gòu)。

T-碳是一種蓬松的碳材料，內(nèi)部有很大的可利用空間，如果用作儲能材料，儲氫能力重量百分比將不低于7.7%。它在光催化、吸附、儲能、航空航天材料等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。

T-碳還有一個特點，其密度非常小，約為石墨的2/3，金剛石的1/2。進一步的研究表明，T-碳有可能在宇宙星際塵埃或太陽系外的行星中被觀測到。

2011年，中國科學(xué)院大學(xué)物理學(xué)院的蘇剛教授指導(dǎo)博士生勝獻雷等通過大量對比研究后提出，如果將立方金剛石中的每個碳原子用一個由四個碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代，將會形成碳的一種新型三維立方晶體結(jié)構(gòu)。他們基于密度泛函的第一性原理研究，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)在幾何、能量以及動力學(xué)方面都極其穩(wěn)定，并把這種碳的新型同素異形體命名為T-碳。

業(yè)內(nèi)專家如此評價蘇剛教授等人的發(fā)現(xiàn)：“T-碳開啟了碳結(jié)構(gòu)研究的新紀元，將激發(fā)其他科學(xué)家進行廣泛的理論和實驗研究。……