首次创造了长期假设的下一代奇迹材料

十多年来，科学家们一直试图合成一种称为石墨炔的新型碳，但成功有限。不过，由于科罗拉多大学博尔德分校的新研究，这项努力现在已经结束。长期以来，石墨烯一直引起科学家们的兴趣，因为它与“神奇材料”石墨烯(另一种受到工业界高度重视的碳形式)相似，其研究甚至在2010年获得了诺贝尔物理学奖。然而，尽管经过数十年的工作和从理论上讲，在此之前只创建了几个片段。

这项研究于上周在NatureSynthesis上宣布，填补了碳材料科学长期存在的空白，可能为电子、光学和半导体材料研究开辟全新的可能性。

“整个观众、整个领域都非常兴奋，因为这个长期存在的问题，或者这种想象中的材料，终于被实现了，”该论文的第一作者、2022年化学博士研究生胡一鸣说。

长期以来，科学家们一直对构建新的或新颖的碳同素异形体或碳形式感兴趣，因为碳对工业的有用性以及它的多功能性。

根据sp2、sp3和sp杂化碳(或碳原子与其他元素结合的不同方式)及其相应键的使用方式，可以采用不同的方式构建碳同素异形体。最著名的碳同素异形体是石墨(用于铅笔和电池等工具)和钻石，它们分别由sp2碳和sp3碳制成。

多年来，科学家们利用传统的化学方法成功地创造了各种同素异形体，包括富勒烯(其发现于1996年获得诺贝尔化学奖)和石墨烯。

然而，这些方法不允许以任何类型的大容量将不同类型的碳合成在一起，就像石墨烯所需要的那样，它已经离开了理论材料——推测具有独特的电子传导、机械和光学特性——保持不变：一种理论。

但也正是这种对非传统的需求导致该领域的人接触到张伟的实验室小组。

张是CUBoulder的化学教授，研究可逆化学，这是一种允许键自我校正的化学，允许创建新的有序结构或晶格，例如合成DNA样聚合物。

经过接触，张和他的实验室组决定试一试。

创建石墨炔是一个“非常古老、长期存在的问题，但由于合成工具有限，兴趣下降了，”胡博士是一名博士。张的实验室组的学生，评论道。“我们再次提出了问题，并使用了一种新工具来解决一个非常重要的老问题。”

使用称为炔烃复分解的过程-这是一种有机反应，需要重新分配或切割和重整炔烃化学键(一种具有至少一个碳-碳三共价键的烃)-以及热力学和动力学控制，该小组能够成功地创造出以前从未创造过的东西：一种可以与石墨烯的导电性相媲美但可控的材料。

“(石墨烯和石墨烯之间)存在很大差异，但方式很好，”张说。“这可能是下一代神奇材料。这就是人们非常兴奋的原因。”

虽然材料已成功创建，但团队仍想研究它的特定细节，包括如何大规模创建材料以及如何对其进行操作。

“我们真的在尝试从多个维度探索这种新型材料，无论是实验上还是理论上，从原子级到真实设备，”张谈到下一步行动时说。

反过来，这些努力应该有助于弄清楚该材料的电子传导和光学特性如何用于锂离子电池等工业应用。

“我们希望将来我们可以降低成本并简化反应程序，然后，希望人们能真正从我们的研究中受益，”胡说。

对于张先生来说，如果没有跨学科团队的支持，这是不可能完成的，并补充说：“没有物理系的支持，没有同事的一些支持，这项工作可能无法完成。”

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