西安交大科研人员首次合成碳的新型同素异形体

　　大公网讯（记者李阳波西安报道）作为人类接触和利用最早的元素之一，长期以来碳科学一直保持在科学研究的最前沿。9月30日记者从西安交通大学获悉，该校科研人员在碳素材料研究过程中取得突破，合成了碳的又一个新型同素异形体，不仅证实了T-carbon理论预测，同时亦为碳的深层次应用拓展了更多的空间。

 

新型同素异形体合成原理图。

　　T-carbon具多种独特性能 

　　据了解，碳是地球上组成生命的最基本元素之一，在自然界，碳一般具有三种同素异形体：石墨、金刚石和无定形碳。因为碳可以形成sp3、sp2和sp杂化化学键，具有很强的结合能力，因而在碳素材料中，“结构决定性能”这个基本的化学原理得到了最神奇的体现，改变碳原子之间的连接方式就会得到性能迥然不同的材料，从而构成了丰富多彩的世界。从人工合成金刚石到碳纳米管和石墨烯，碳科学一直是科学家重点研究的尖端学科。 

　　据介绍，2011年中科院研究生院苏刚教授等人基于密度泛函第一性原理研究，设计提出了一种元素碳的新结构。他们发现这种结构，在几何、能量以及动力学上都是稳定的，并命名该同素异形体为T-carbon。研究表明，T-carbon具有与金刚石相同的空间群，是一种具有直接带隙的半导体。与碳的其他同素异形体比较，T-carbon具有很多独特的性能，非常有利于做储能材料，因而一旦实验上被获得，将会在光催化、吸附、储氢、航空航天材料等领域有潜在的广泛应用。 

　　碳素材料研究获得重大突破 

　　据悉，尽管科学家通过计算预言了T-carbon的可能性，但是从来没有人观察到、能够在实验室合成。近日，西安交大新型储能与能量转换纳米材料研究中心科研团队，在碳素材料研究过程中取得突破，合成了碳的又一个新型同素异形体。他们通过皮秒激光照射悬浮在甲醇溶液中的多壁碳纳米管，在这种极端偏离热力学平衡态的条件下，成功地实现了从sp2到sp3化学键的转变，捕捉到了这种亚稳态结构。详细的结构研究发现在瞬间飞秒激光照射下中空的碳纳米管转变为实心的碳纳米棒，碳纳米棒中碳原子之间的连接方式同理论预测的T-carbon完全一致，证明合成了这种结构。 

　　碳的无数化合物是人类日常生活中不可缺少的物质，范围广泛种类繁多。此次西安交大科研团队成功发现合成碳的新型同素异形体，将有利于开发这些材料的生产和应用技术，推动这些技术的工业化进程。目前，该研究成果已经在世界权威科学期刊《Nature Communications(自然通讯)》发表。