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最近，中科院化學所有機固體院重點實驗室科研人員在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的資助下，在石墨炔研究方面取得了重要突破。研究人員利用六炔基苯在銅片的催化作用下發(fā)生偶聯(lián)反應，成功地在銅片表面上通過化學方法合成了大面積碳的新的同素異形體——石墨炔（graphdiyne）薄膜，研究結果發(fā)表在2010年的《化學通訊》（Chem. Commun）上。

 

據(jù)悉，近20年來，科學家們一直致力于發(fā)展新的方法合成新的碳同素異形體，探索其新的性能，先后發(fā)現(xiàn)了富勒烯、碳納米管和石墨烯等新的碳同素異形體，并成為國際學術研究的前沿和熱點，形成了交叉科學的獨立研究領域。碳具有sp³、sp²和sp三種雜化態(tài)，通過不同雜化態(tài)可以形成多種碳的同素異形體，如通過sp³雜化可以形成金剛石，通過sp³與sp²雜化則可以形成碳納米管、富勒烯和石墨烯等。由于sp雜化態(tài)形成的碳碳三鍵具有線性結構、無順反異構體和高共軛等優(yōu)點，人們一直渴望能獲得有sp雜化態(tài)的新的碳同素異形體，并認為該類碳材料具備優(yōu)異的電學、光學和光電性能而成為下一代新的電子和光電器件的關鍵材料。石墨炔是第一個以sp、sp²和sp³三種雜化態(tài)形成的新的碳同素異形體，最有可能被人工合成的非天然的碳同素異形體。

 

化學所有機固體院重點實驗室科研人員長期致力于碳材料的合成、聚集態(tài)結構和性能的研究。他們成功研究出石墨炔薄膜后，Chem. Commun的審稿人在評價這一研究成果時表示：“這是碳化學的一個令人矚目的進展，大面積的石墨炔薄膜的制備是一個真正的重大發(fā)現(xiàn)，研究結果非常讓人振奮，并將為大面積石墨炔薄膜在納米電子的應用開辟一條道路。”

 

研究結果表明，石墨炔是由1，3-二炔鍵將苯環(huán)共軛連接形成二維平面網(wǎng)絡結構的全碳分子，具有豐富的碳化學鍵，大的共軛體系、寬面間距（4.1913Å）、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和半導體性能。所獲得的石墨炔薄膜面積可達3.61cm²，是高晶化的單晶薄膜，拉曼光譜顯示了其特征峰在1382、1569、1926和2189cm^-1，并證實該薄膜具有較高的有序度和較低的缺陷，薄膜電導率為：10^-3-10^-4 S m^-1。

 

這種新的碳同素異形體的發(fā)現(xiàn)，使得受國際科學界高度重視的碳材料“家族”又誕生了一個新的成員。石墨炔特殊的電子結構將在超導、電子、能源以及光電等領域具有潛在、重要的應用前景。