Nature重大成果：碳同素异形体家族迎来新成员Graphullerene

Nature重大成果：碳同素异形体家族迎来新成员Graphullerene

碳的同素异形体家族又添新成员！近日，美国哥伦比亚大学的研究团队在《自然》（Nature）期刊上发表了一项重要研究成果，他们成功合成了一种新型聚合物石墨-富勒烯（Graphullerene），这一发现为材料科学领域带来了新的突破。

碳的同素异形体大家族

碳的同素异形体种类繁多，包括我们熟悉的金刚石、石墨，以及近年来备受关注的石墨烯、富勒烯等。这些同素异形体虽然都是由碳元素构成，但由于碳原子的排列方式不同，它们展现出截然不同的物理和化学性质。

同素异形体是指由同样的单一化学元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质。同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。 碳具有两种天然同素异形体，分别是金刚石和石墨。这两种结构分别由碳原子sp3和sp2杂化态在三维空间相互链接形成。将碳的不同杂化态在三维空间进行构建，理论上，可以合成无限碳的同素异形体。富勒烯(C60)是第一种人工合成的碳同素异形体，属于完全由碳原子组成的多环聚合物。C60聚合物层具有规则的起伏拓扑结构，在电子传输和磁性性能上具有独特性能。理论上，构建聚合物有无限可能。例如，石墨烯是碳的另一种同素异形体，也是碳原子的一种聚合物。将石墨烯与碳的其它同素异形体相互聚合会导致新型结构的二维薄片。

Graphullerene：打破传统界限的新材料

哥伦比亚大学的研究团队由Elena Meirzadeh、Michael L. Steigerwald、Jingjing Yang、Colin Nuckolls和Xavier Roy等人组成，他们开发了一种创新的化学策略，成功制备出了一种全新的碳同素异形体——Graphullerene。

Graphullerene是一种C60的二维聚合物，其独特之处在于富勒烯次级结构以六方晶格形式相互共价连接。这种结构的形成打破了传统分子和碳材料不能结合构建的界限，为材料科学领域开辟了新的研究方向。

更令人兴奋的是，研究团队还成功制备了电荷中性的、纯碳基的宏观晶体材料。这种材料不仅为创造异质结构提供了可能，更为光电子器件的研发开辟了新的思路。

创新制备方法

为了制备Graphullerene，研究团队采用了一种独特的化学策略。他们将石墨烯-C60通过一系列处理，制备出易于剥落的大块单晶。这种石墨烯-C60多分子层晶体呈电荷中性，且剥落的大块单晶没有残留的反离子或杂质，为基于该材料的功能器件提供了新的制备方法。

这项研究不仅展示了Graphullerene的独特结构和性质，更为未来材料科学的发展提供了新的可能性。随着研究的深入，这种新材料有望在电子、光电子等领域展现出广阔的应用前景。