新年伊始，中科大再發Nature!

一、【導讀】

碳是自然界最常見的元素之一，碳原子之間通過不同排列方式，能夠形成多種結構，比如大眾熟知的石墨、金剛石等，已經廣泛應用于各個領域。近年來，富勒烯、納米碳管、石墨烯和石墨炔等新型碳材料的發現和發展，引起了廣泛的關注與研究熱潮。碳材料研究領域近年來的諸多進展表明，從富勒烯這一具有明確結構的納米單元出發，有望得到具有新奇性質和應用潛力的新型碳基晶體材料。然而，目前報道的高溫高壓（HPHT）制備的碳基晶體材料產率低且為混合相，因此難以評估其性能。

二、【成果掠影】

為解決以上難題，中國科學技術大學朱彥武教授與韓國基礎科學研究所Rodney. S. Ruoff教授聯合，創造性地使用氮化鋰對富勒烯C₆₀分子晶體進行電荷注入，并在溫和溫度下進行熱處理，最終得到大量的C₆₀聚合物晶體以及長程有序多孔碳（LOPC）晶體，實現了克級制備。據了解，這種LOPC晶體微觀上具有多孔特征但完整保留了晶體的宏觀周期性，是一類新的人工碳晶體，未來可能在能量存儲、離子篩分、負載催化等領域具有潛在應用。電荷注入技術為構建這類碳基晶體材料提供了一種“拼樂高”積木式的制備方式，有望成為在原子級精度上調控晶體結構的新手段。相關研究成果以題為“Long-range ordered porous carbons produced from C₆₀”發表在知名期刊Nature上。

據了解，朱彥武教授團隊長期致力于發展新型碳材料的規模化制備技術。早在2011年，團隊成功地將石墨烯片層重構成為兼具高比表面積、高電導率和負曲率結構的“活化石墨烯”，作為超級電容器電極材料表現出優異性能，該研究成果以題為“Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene”發表在Science上。

據報道，這并非中科大2023年發表的首篇頂刊。2023年1月4日中國科學技術大學任希鋒教授等人與新加坡國立大學仇成偉教授、郭強兵博士等合作，在二維材料非線性量子光源研究中取得重大突破，研究成果以“Ultrathin quantum light source with van der Waals NbOCl₂ crystal”為題發表在Nature上，詳見材料人解讀：最新Nature

三、【圖文導讀】

?

圖一、形態和結構特征 ? 2023 Springer Nature

圖二、微觀結構表征 ? 2023 Springer Nature

?

圖三、仿真和原位MAS-SSNMR ? 2023 Springer Nature

圖四、DOS、NEXAFS以及電導率測量 ? 2023 Springer Nature

四、【前景展望】

綜上，該研究利用化學電荷注入技術，基于結構明確的C₆₀分子晶體，實現了包含巨大數量碳原子體系的熱力學狀態和動力學過程的精確調控，在常壓條件下獲得了克級的LOPC晶體，系統地表征了其微觀結構，測量其室溫下電導率為1.17×10^-2 S cm^-1。LOPC晶體的制備使得從C₆₀(s)開始的其他晶體碳的發現成為可能。據了解，接下來該團隊將系統地研究LOPC晶體的性質，期望通過精細調節實驗參數進一步調控晶體的原子級結構特征，探索更多的性質和應用。

文獻鏈接：Long-range ordered porous carbons produced from C₆₀ (Nature 2023, DOI: 10.1038/s41586-022-05532-0)