碳材料家族又添兩位新成員
發布日期:2023-12-04 來源::光明日報 瀏覽次數:281
核心提示:碳材料家族又添兩位新成員:通過對兩種分子實施麻醉和手術,同濟大學材料科學與工程學院許維教授團隊首次成功合成分別由10個或14
碳材料家族又添兩位新成員:通過對兩種分子實施“麻醉”和“手術”,同濟大學材料科學與工程學院許維教授團隊首次成功合成分別由10個或14個碳原子組成的環型純碳分子材料。日前,國際學術期刊《自然》在線發表了這一最新科研成果,論文題為《表面合成芳香性環型碳C10和C14》。這項研究首次成功精準合成了兩種全新的碳分子材料(碳同素異形體),即芳香性環型碳C10和C14,并精細表征了它們的化學結構,這兩種合成的新穎碳結構有望應用于未來的分子電子學器件中。
在研究中,團隊采用了不同于C18的將環狀碳氧化合物作為前驅體的合成路線,創新性地設計了全鹵化萘(C10Cl8)和蒽(C14Cl10)兩種前驅體分子。將這兩種分子放在“手術臺上”(氯化鈉薄膜)并將其“麻醉”(液氦4.7K凍住),而后利用STM針尖作為“手術刀”對其進行“手術”(原子操縱),進而誘導兩種分子完全脫鹵并伴隨發生反伯格曼開環反應,最終成功在表面上合成了兩種芳香性環型碳C10和C14。化學鍵分辨的原子力顯微鏡表明,不同于此前C18的聚炔型結構,C10和C14均具有累積烯烴型的結構。團隊進一步通過理論計算發現,這兩位碳材料家族的新成員并非擁有完全一致的特性,C10完全沒有鍵長交替,而C14作為從累積烯烴型C10到聚炔型C18的過渡態,存在一個非常小的鍵長交替,尚未達到單鍵和三鍵的形式,從實驗上也無法分辨出來。
許維表示,這項研究工作推動了環型碳領域的發展,提出的表面合成策略有望成為一種合成系列環型碳的普適性方法。同時,合成的環型碳有望發展成為新型半導體材料,并在分子電子器件中有著廣闊的應用前景。
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