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僅一個原子厚的新型碳材料擁有金屬性質(zhì) 其儲鋰容量比石墨烯更大

2021-05-24 09:29:26 來源：科技日報

德國和芬蘭科學家在最新一期《科學》雜志撰文稱，他們合成出了一種獨特的新型碳原子網(wǎng)絡，新形式的碳像石墨烯一樣，僅一個原子厚，但原子結(jié)構和電子特性與石墨烯截然不同，有望在電池等領域找到用武之地。

碳以各種形式存在，比如鉆石、石墨和石墨烯等。石墨烯是迄今已知最薄的材料，獨特的“性格”使其有望在電子等多個應用領域“大顯身手”。在石墨烯中，每個碳原子與另外三個碳原子相連，形成蜂窩狀的六邊形。理論研究表明，碳原子也可以其他網(wǎng)絡模式排列，但科學家迄今一直未曾發(fā)現(xiàn)這些預測的網(wǎng)絡。

在最新研究中，馬爾堡大學和阿爾托大學的科學家發(fā)現(xiàn)了一種新的碳原子網(wǎng)絡，并將其命名為聯(lián)苯烯網(wǎng)絡。在這種新形式的碳材料中，碳原子之間彼此連接，形成正方形、六角形和八角形，再組合成有序的晶格。

研究人員還用高分辨率掃描探針顯微鏡證實了這種網(wǎng)絡的獨特結(jié)構，并發(fā)現(xiàn)它的電子性質(zhì)與石墨烯截然不同。

他們表示，石墨烯是半導體，但這種新型碳擁有金屬性質(zhì)。馬爾堡大學的邁克爾·戈特弗里德教授說：“新型碳網(wǎng)絡上的窄條紋的行為像金屬，可用作未來碳基電子設備的導線。”研究主要作者、馬爾堡大學的樊啟堂（音譯）說：“這種新型碳網(wǎng)絡也可以作為鋰離子電池的正極材料，與目前的石墨烯基材料相比，新材料儲鋰容量會更大。”

研究人員將含碳分子組裝在光滑金表面上制得這種新材料：含碳分子首先形成由連接的六角形組成的鏈，隨后這些鏈連接在一起形成正方形和八角形。在連接前，只有相同類型的鏈會聚集在金表面，形成有序組合，這對于新碳材料的形成至關重要，因為不同類型的鏈之間發(fā)生反應只會生成石墨烯。阿爾托大學的嚴凌浩（音譯）解釋說：“我們的獨特之處是使用了分子前體，我們調(diào)整這些分子前體以產(chǎn)生聯(lián)苯烯，而非石墨烯。”

目前，研究小組致力于研制新材料更大的薄片，以探索其應用潛力。他們也表示，新合成方法有望催生其他新型碳網(wǎng)絡。

標簽：原子厚碳材料金屬石墨烯容量