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碳家族添新丁:我国科学家预言的T

发布时间:2017-12-03 阅读:

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  碳原子是神奇的,使它成为世界上最柔软的矿物石墨和自然界中最硬的材料钻石。最近,中国科学家在碳原子研究上也取得了突破:中外科学家联合研究小组已经被中国科学院物理系T-carbon教授苏刚教授提出的三维碳结构T-carbon的命题成功地合成出来,使得T-carbon成为一个可替代的三维新结构,可以是石墨烯与石墨和钻石。

  11月23日,苏刚告诉“科技日报”记者采访时说,T型碳是一种蓬松的碳材料,有很大的内部空间可用,如果用作储能材料,储氢容量百分比不低于7.7%。苏刚认为,T型碳在光催化,吸附,储能和航天材料等领域具有广泛的应用前景。

  自二十世纪八十年代以来,科学家对新的碳结构引起了极大的兴趣,并已经产生了两个诺贝尔奖。这不仅在化学,物理,材料和信息科学等相关领域产生了巨大的影响,而且产生了大量的工业和技术应用。基于这些结构,科学家合成了许多新的衍生物,并制造出新的功能装置和相关产品。

  碳原子上有四个价电子。轨道杂化后(一些原始原子轨道重新组合成新的原子轨道),就像四手一样,与自身和其他元素能力有很强的结合。碳可以形成sp2杂化石墨烯以形成sp3杂化金刚石,以及sp-sp2杂化石墨炔和sp-sp3杂化金刚石炔。在化学上,碳可以与其他元素结合形成DNA,蛋白质等重要的生物大分子,使碳成为地球上最重要的元素之一。苏刚说。

  2011年,以雷霆为首的博士研究生苏刚等通过大量比较研究提出,如果每个碳原子中含有四个碳原子的立方体钻石所组成的正四面体结构单元将形成一个碳新的类型的三维立方晶体结构。基于密度泛函理论的第一个原理,他们发现这个结构在几何,能量和动力学上是非常稳定的。他们将这种碳同素异形体命名为T-碳。研究表明,T-carbon与金刚石具有相同的空间群,是一个具有直接带隙的半导体。带隙可以通过掺杂来控制以适合于光催化。 T型碳还具有鲜明的特征,密度非常小,大约三分之二的石墨,钻石一半。

  苏钢等人通过计算发现,T型碳在负压环境下可能更容易形成。 T型碳可能在宇宙星际尘埃或太阳系外行星中观察到。

  T碳发现专家高度评价T碳开创了碳结构研究的新纪元,激励其他科学家进行广泛的理论和实验研究。

  T-碳可以在实验室合成吗?苏近年来一直致力于推动T型碳实验合成。 2017年初,西安交通大学和新加坡南洋理工大学联合研究团队在极端平衡的热力学平衡条件下,成功地从皮秒激光辐照下悬浮在甲醇溶液中的多壁碳纳米管中彻底改变了sp2。到sp3化学键形成一种新的碳材料,这是完全符合理论预测的T碳,从而证明了T碳的合成。不久前,关于T碳合成的实验结果发表在“自然信件”中。

  (技术日报北京11月23日电)

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