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我科学家预言的T-碳问世

 


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本文摘要:碳原子是神秘的,既可包含世界*硬的矿物质石墨,也能包含自然界中*柔软的物质金刚石。

碳原子是神秘的,既可包含世界*硬的矿物质石墨,也能包含自然界中*柔软的物质金刚石。*将近我国科学家又在碳原子研究上取得突破:由中科院大学物理学院苏刚教授等人通过理论计算出来应验的一种三维碳结构T-碳(T-carbon)问世,中外科学家牵头研究团队顺利制备了T-碳,从而使T-碳沦为可与石墨和金刚石媲美的碳的另一种三维新的结构。  苏刚在拒绝接受记者专访时回应,T-碳是一种柔软的碳材料,内部有相当大的可利用空间,如果用于储能材料,其储氢能力重量百分比不高于7.7%。

苏刚指出,T-碳将不会在光催化、导电、储能、航空航天材料等领域享有普遍的应用于前景。  1980年代以来,科学家对取得碳的新结构兴趣浓厚,并促成了两次诺贝尔奖。

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这不仅在化学、物理、材料和信息科学等涉及领域产生极大影响,也促成了工业和技术上的大量应用于。基于这些结构,科学家又制备了许多新的衍生物,并做成了新的功能器件和涉及产品。

  碳原子有四个价电子,再次发生轨道杂化(原先一些能量较将近的原子轨道重新组合成新的原子轨道)后它就像四只手,具备很强的与自身及其他元素结合的能力。碳可以构成sp2杂化的石墨烯,构成sp3杂化的金刚石,还有sp-sp2杂化的石墨炔,sp-sp3杂化的金刚石炔。“化学上,碳可以与其他元素融合在一起,构成还包括DNA、蛋白质和其他最重要的生物大分子,从而使碳沦为地球上构成生命的*基本的元素之一。”苏刚说道。

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  2011年,苏刚指导博士生胜献雷等通过大量对比研究后明确提出,如果将立方金刚石中的每个碳原子用一个由四个碳原子构成的正四面体结构单元代替,将不会构成碳的一种新型三维立方晶体结构。他们基于密度绿函的第一性原理研究,找到这种结构在几何、能量以及动力学方面都是极为平稳的。他们把这种碳的新型同素异形体命名为T-carbon。

研究指出,T-碳具备与金刚石完全相同的空间群,是一个具备必要带隙的半导体,可通过掺入来调控带上隙以限于于光催化。T-碳还有一个鲜明特点,密度十分小,大约为石墨的2/3,金刚石的一半。  苏刚等人通过计算出来找到T-碳有可能在负压环境下更容易构成。

T-碳有可能在宇宙星际尘埃或太阳系外行星中被观测到。  对于找到T-碳的工作,业内*给与高度评价,指出“T-碳打开了碳结构研究的新纪元,将唤起其他科学家展开普遍的理论和实验研究”。  T-碳能否在实验室制备?苏刚近年来仍然致力于推展T-碳的实验制备工作。

2017年年初,西安交通大学和新加坡南洋理工大学的牵头研究团队,通过皮秒激光太阳光漂浮在甲醇溶液中的多壁碳纳米管,在极端背离热力学平衡态的条件下,顺利地构建了从sp2到sp3化学键的改变,其构成的新型碳材料与理论预测的T-碳完全一致,证明制备了T-碳。有关制备T-碳的实验结果前不久在《大自然·通讯》上发布。


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