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预言的碳家族新丁T碳被证实,比肩石

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科技日报编辑

化学加

导读碳原子是神奇的,既可构成世界最软的矿物质石墨,也能构成自然界中最坚硬的物质金刚石。最近我国科学家又在碳原子研究上获得突破:由中科院大学物理学院苏刚教授等人通过理论计算预言的一种三维碳结构T-碳(T-carbon)诞生,中外科学家联合研究团队成功合成了T-碳,从而使T-碳成为可与石墨和金刚石比肩的碳的另一种三维新结构。 

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11月23日,苏刚在接受科技日报记者采访时表示,T-碳是一种蓬松的碳材料,内部有很大的可利用空间,如果用作储能材料,其储氢能力重量百分比不低于7.7%。苏刚认为,T-碳将会在光催化、吸附、储能、航空航天材料等领域拥有广泛的应用前景。

年代以来,科学家对获得碳的新结构兴趣浓厚,并催生了两次诺贝尔奖。这不仅在化学、物理、材料和信息科学等相关领域产生巨大影响,也催生了工业和技术上的大量应用。基于这些结构,科学家又合成了许多新的衍生物,并制成了新的功能器件和相关产品。

碳原子有四个价电子,发生轨道杂化(原有一些能量较近的原子轨道重新组合成新的原子轨道)后它就像四只手,具有很强的与自身及其他元素相结合的能力。碳可以形成sp2杂化的石墨烯,形成sp3杂化的金刚石,还有sp-sp2杂化的石墨炔,sp-sp3杂化的金刚石炔。“化学上,碳可以与其他元素结合在一起,组成包括DNA、蛋白质和其他重要的生物大分子,从而使碳成为地球上组成生命的最基本的元素之一。”苏刚说。

T-碳结构的示意图(Phys.Rev.Lett.)

年,苏刚指导博士生胜献雷等通过大量对比研究后提出,如果将立方金刚石中的每个碳原子用一个由四个碳原子组成的正四面体结构单元取代,将会形成碳的一种新型三维立方晶体结构。相关研究结果以“T-Carbon:ANovelCarbonAllotrope”发表在国际著名期刊《物理评论快报》上。该工作当时被ScienceNews、PhysOrg.


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