我国科学家创制出碳家族单晶新材料

碳是一种神奇的材料，既可以构成柔软的铅笔芯，也可以构成坚硬的金刚石。2022 年6 月16日，《自然》杂质发表了一项关于碳家族新材料的研究成果。中国科学院化学研究所的研究人员，在常压下通过简单的反应条件，创制出一种新型碳同素异形体单晶—单层聚合C60。

金刚石、石墨烯、富勒烯、碳纳米管……碳材料家族成员，大家并不陌生，它们一直被认为是一种未来材料。虽然这些材料都由碳原子构成，但由于原子排列不同，它们展现出完全不同的物理化学性质，因此，它们被称为碳的“同素异形体”。

研究新的碳同素异形体、制备新型碳材料一直是材料领域的前沿科学问题。“迄今为止，单个原子一直是构筑二维材料的最小单元。把纳米团簇作为基本单元，使用传统化学反应，自下而上像‘垒砖头’一样构筑更高级的二维拓扑结构材料一直未能实现。”中科院化学所研究员郑健坦言。

为此，经过5 年的潜心研究，研究人员利用掺杂聚合-剥离两步法，成功把纳米团簇C60 聚合在一个平面上，并通过碳碳键相互共价键合形成规则的二维拓扑结构材料，即单层二维聚合C60 单晶。“通过进一步研究，我们发现，这种新型碳材料具有结晶度高、热力学稳定性好以及禁带宽度适度等优良特性。”郑健说，这是继石墨烯之后，又一种稳定的二维碳材料。

郑健表示，这项研究开辟了以碳簇代替原子构筑碳材料的新策略，同时，新制备的碳材料在非线性光学和功能化电子器件方面具有巨大应用前景，在超导、量子计算、自旋输运、信息及能量存储、催化等领域也具有潜在的应用价值。