石墨炔正在全球范圍內(nèi)形成新的研究領(lǐng)域 | 新材

為您介紹石墨炔正在全球范圍內(nèi)形成新的研究領(lǐng)域。石墨炔因其優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和半導(dǎo)體性能，被譽(yù)為最穩(wěn)定、最易合成的碳同素異形體，有望代替半導(dǎo)體材料硅在電子產(chǎn)品中得到寬泛應(yīng)用。2010年我國(guó)就已實(shí)現(xiàn)石墨炔的成功制備，但低老本、大批量、高質(zhì)量的生產(chǎn)工藝尚未成熟。因此，國(guó)家自然科學(xué)基金委將“二維碳石墨炔可控制備與性質(zhì)”課題列入“十三五”首批重大項(xiàng)目，對(duì)相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)給予大力支持。

石墨炔性能優(yōu)異被寄厚望

據(jù)了解，石墨炔是一種二維平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全碳分子，具有豐盛的碳化學(xué)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，石墨炔具有明顯的能帶隙，其具體數(shù)值（1.22eV）與硅（1.11eV）很相近，因此導(dǎo)電性與硅相近，促進(jìn)了光—電能的高效轉(zhuǎn)換。能帶隙的存在讓石墨炔相比（農(nóng)藥中間體），更適合被應(yīng)用于場(chǎng)效晶體管，并很可能成為硅電學(xué)器件的理想替代材料。

研究表明，石墨炔在能源、催化、光學(xué)、電學(xué)、光電子器件等諸多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。作為具有中國(guó)除草安全劑自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的（除草安全劑），石墨炔在國(guó)際上產(chǎn)生了重要影響，正在全球范圍內(nèi)形成新的研究領(lǐng)域。

我國(guó)石墨炔實(shí)現(xiàn)人工合成

當(dāng)前，石墨炔因其奇特性能不僅在學(xué)術(shù)界倍受關(guān)注，商業(yè)界也對(duì)其應(yīng)用研究充斥了興趣。隨著富勒烯、碳管及（農(nóng)藥中間體）等碳材料陸續(xù)通過(guò)物理辦法成功制備，如何制備石墨炔一直是各國(guó)科學(xué)界研究的焦點(diǎn)。

2010年，中科院化學(xué)所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)持續(xù)努力，在世界上首次通過(guò)化學(xué)辦法獲得了全碳材料，從表面化學(xué)反應(yīng)聯(lián)合固態(tài)生長(zhǎng)合成化學(xué)的新視角出發(fā)，在銅表面上合成了具有本征帶隙二維碳的新同素異形體——石墨炔，開(kāi)辟了人工化學(xué)合成碳同素異形體的先例。

據(jù)了解，目前我國(guó)科研人員努力用像（農(nóng)藥中間體）一樣通過(guò)控制生長(zhǎng)及物理剝離辦法，獲得石墨炔單層結(jié)構(gòu)，并且美國(guó)、加拿大、日本、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)際課題組也已開(kāi)展研究，使石墨炔科研進(jìn)入了快速發(fā)展軌道。不過(guò)業(yè)內(nèi)專家也表示，想要實(shí)現(xiàn)石墨炔的單體合成、大批量制備及工業(yè)化，目前看來(lái)尚待時(shí)日。

明確石墨炔目標(biāo)敲定重點(diǎn)

基金委發(fā)布的《“二維碳石墨炔可控制備與性質(zhì)”重大項(xiàng)目指南》（簡(jiǎn)稱《指南》），對(duì)于“十三五”期間，二維碳石墨炔可控制備與性質(zhì)摸索提出了具體目標(biāo)。首先，是掌握高質(zhì)量二維碳石墨炔基材料大面積、高取向薄膜的可控制備辦法；其次，是實(shí)現(xiàn)二維碳石墨炔單層膜的可控合成及原子相分辨結(jié)構(gòu)探測(cè)；再次，是研究二維碳石墨炔材料的能帶與結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制、性質(zhì)與應(yīng)用；最后，是發(fā)展二維碳石墨炔的模仿、表征與理論計(jì)算的辦法。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，《指南》強(qiáng)調(diào)了以下研究重點(diǎn)：一是發(fā)展石墨炔高效、低老本、重復(fù)性康復(fù)的合成辦法，以及可控石墨炔大面積薄膜的生長(zhǎng)和自組裝新技術(shù)，摸索制備單層石墨炔薄膜的可控生長(zhǎng)新辦法和技術(shù)；二是研究并揭示石墨炔的形成和生長(zhǎng)機(jī)理及其規(guī)律，領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)和優(yōu)化合成反應(yīng)及新性質(zhì)、新功能研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)單層石墨炔薄膜和少數(shù)層石墨炔結(jié)構(gòu)等的模仿計(jì)算和表征；三是研究二維石墨炔有序結(jié)構(gòu)中載流子、能量以及光子的轉(zhuǎn)移和傳輸過(guò)程，摸索在復(fù)雜、極端化學(xué)反應(yīng)下物質(zhì)演變的過(guò)程和規(guī)律；四是發(fā)展重復(fù)性康復(fù)、可大尺寸組裝高有序、高取向石墨炔薄膜的新技術(shù)和新辦法，摸索石墨炔新應(yīng)用，發(fā)展石墨炔基復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)控。