單原子厚新型碳材料擁有金屬特性

日前，德國(guó)和芬蘭科學(xué)家發(fā)表研究成果稱(chēng)，他們合成出了一種獨(dú)特的新型碳原子網(wǎng)絡(luò)，新形式的碳像石墨烯一樣，僅一個(gè)原子厚，但原子結(jié)構(gòu)和電子特性與石墨烯截然不同，有望在電池等領(lǐng)域找到用武之地。

碳以各種形式存在，比如鉆石、石墨和石墨烯等。石墨烯是迄今已知最薄的材料，獨(dú)特的“性格”使其有望在電子等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域“大顯身手”。在石墨烯中，每個(gè)碳原子與另外三個(gè)碳原子相連，形成蜂窩狀的六邊形。理論研究表明，碳原子也可能以其他網(wǎng)絡(luò)模式排列，但科學(xué)家迄今一直未曾發(fā)現(xiàn)這些預(yù)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)。

在最新研究中，馬爾堡大學(xué)和阿爾托大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的碳原子網(wǎng)絡(luò)，并將其命名為聯(lián)苯烯網(wǎng)絡(luò)。在這種新形式的碳材料中，碳原子之間彼此連接，形成正方形、六角形和八角形，再組合成有序的晶格。

研究人員還用高分辨率掃描探針顯微鏡證實(shí)了這種網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)它的電子性質(zhì)與石墨烯截然不同。

他們表示，石墨烯是半導(dǎo)體，但這種新型碳擁有金屬性質(zhì)。馬爾堡大學(xué)的邁克爾·戈特弗里德教授說(shuō)：“新型碳網(wǎng)絡(luò)上的窄條紋的行為像金屬，可用作未來(lái)碳基電子設(shè)備的導(dǎo)線(xiàn)。”研究主要作者、馬爾堡大學(xué)的樊啟堂（音譯）說(shuō)：“這種新型碳網(wǎng)絡(luò)也可以作為鋰離子電池的正極材料，與目前的石墨烯基材料相比，新材料儲(chǔ)鋰容量會(huì)更大。”

研究人員將含碳分子組裝在光滑金表面上制得這種新材料：含碳分子首先形成由連接的六角形組成的鏈，隨后這些鏈連接在一起形成正方形和八角形。在連接前，只有相同類(lèi)型的鏈會(huì)聚集在金表面，形成有序組合，這對(duì)于新碳材料的形成至關(guān)重要，因?yàn)椴煌?lèi)型的鏈之間發(fā)生反應(yīng)只會(huì)生成石墨烯。阿爾托大學(xué)的嚴(yán)凌浩（音譯）解釋說(shuō)：“我們的獨(dú)特之處是使用了分子前體，我們調(diào)整這些分子前體以產(chǎn)生聯(lián)苯烯，而非石墨烯。”

目前，研究小組致力于研制新材料更大的薄片，以探索其應(yīng)用潛力。他們也表示，新合成方法有望催生其他新型碳網(wǎng)絡(luò)。

石墨烯的橫空出世，打開(kāi)了二維材料世界的大門(mén)，也刷新了科學(xué)家對(duì)物質(zhì)材料“維度”的認(rèn)知。既然單層碳原子可以形成石墨烯，理論上，其他物質(zhì)也可能以單層原子形式排列，并形成新的二維材料。最新研究又帶來(lái)新的啟發(fā)：改變單層碳原子的排列形式，即可形成另一種二維材料，其他物質(zhì)材料是否也如此？如果真是這樣，那么二維材料世界的疆界將大大拓展。