“点石成金”从古至今,一直都是人们的愿望。其实早在公元一世纪，早期的炼金术就真正开始了，炼金师们疯狂大胆地尝试各种实验，希望将贱金属转化成贵金属，尤其是黄金。就连物理大大牛顿生前也留下了上万字的炼金术手稿。十分可惜的是，“TurnLeadtoGold”时至今日终究未能实现。黄金提炼不出来，炼金师和一众化学家们开始将焦点转移另一种与黄金加之毗邻的物质身上——金刚石，也就是我们熟知的钻石。
年，法国科学家拉瓦锡在燃烧金刚石的实验最终得到的产物仅有大量的二氧化碳；年，英国化学家史密森·特南特对金刚石的燃烧实验进行了精确的定量分析，证实了金刚石和石墨为同素异构体的惊人结论。这一发现吸引了不少化学家的眼球，于是他们开始了繁複大量的实验，希望有朝一日能将廉价的石墨碳变成昂贵的金刚石。所以化学君今天专门来讲讲：金刚石究竟为什麽那麽稀有珍贵？更重要的是，如何实现“点碳成金刚石”？
金刚石——世界上最坚硬的天然物质
金刚石，俗称钻石，是一种仅由碳元素单质组成的矿物。金刚石拥有著正八面体的晶体结构，晶体中的每个碳原子都以sp3杂化轨道与相邻4个碳原子行成稳定的共价键，拥有10级的摩氏硬度。钻石既然这麽硬，我们到底要用什麽方法来加工和打磨钻石呢？其实道理很简单，以硬碰硬，我们大多数会用钻石来切割钻石，因为它们的硬度相当。为了使钻石呈现出来的色泽更加闪耀，经过切割后的钻石还要用钻石粉进行抛光，又称为磨盘。
由于没有自由电子，钻石本身不导电。因为当中的碳-碳键能很高（kJ/mol），所以它的熔点非常高（℃），其化学稳定性略低于另一同素异构体石墨。目前自然界的金刚石一般形成于地球内部高温高压的极端环境，之后因为各种大大小小的地壳运动（例如火山喷发）被带到地表面，这就是为什麽大多数金刚石的开採都是在火山附近的缘故。
作为现代的奢侈品，光是每0.5克拉（仅毫克左右）就价值美元。天然的钻石可以分为两种颜色：无色和彩色。纯正的钻石色泽一般呈无色透明，无色的钻石极其罕有，光线折射度亦是钻石当中最高的，因此价价值不菲。天然形成的钻石或会因掺杂的化学杂质而有所偏差，而钻石颜色的不同也会影响它的价值。而绝大部分的天然钻石都会有一定程度的黄色或褐色，越是无色的钻石表示等级越高，火光效果也更好更闪烁，价值亦更高。:例如白钻色泽越黄，价值就越低。
钻石的颜色当然不止透明和偏黄这两种，像是天然的钻石就有各种各样的颜色，例如粉红、蓝、黄、棕、绿、橙和红色的彩钻。
金刚石这麽贵有什麽用？
工业用途：切削高手，导热闪电
金刚石的硬度及导热效能极高，在工业上的用途十分广泛。极高的硬度让其成为了用来切削高硬度物质和刻画的好帮手，例如生产沙纸、玻璃切割器、手工研磨工具和勘探地质的钻探等。
虽然没有自由电子的钻石几乎不导电，但却有著惊人的导热能力。其导热效果比铜高出两倍，比银高出一倍多，这是因为强大的C-C键和稳定的晶体结构令晶格的振动效果非常好，使其内部能够传递高能量的晶格振动波。因此，金刚石也常常用来製作半导体电子元件。
观赏用途：钻石恒久远，一颗永流传
当然，钻石之所以成为奢侈品，是因为它具有非常高的折射率（2.42）。金刚石经过精细的切割，令每一道进入钻石的光线，都能在内部进行全内反射，然后折射出来，最后呈现出来的是钻石闪闪生辉的样子。正正是因为钻石是世界上最硬的自然物质，因此它坚不可摧的特性也象征著永恒的爱情，其晶莹剔透的外观也寓意著坚贞纯洁，所以常常被用来作为传递爱意的最佳礼物。
金刚石的合成化学——一切皆有可能
那麽究竟如何才能“点石墨成钻”呢？这仅仅是化学家们可望不可即的一场空想吗？非也！其实机智的化学家们早在近60年前就已经成功用人工合成的方法製备金刚石。下面化学君将为大家一一介绍目前已知人工合成金刚石的方法!
（1）前无古人，后无来者——历史上第一次人工合成金刚石
年，美国科学家F.PBundy成功在高温高压的条件下把石墨转变成金刚石。
（2）炸药製备法
年，N.RGreiner在《自然》报道了用TNT爆炸法製造纳米级的金刚石粉末，但由于合成的分体质量不足，因此没有提供相关的拉曼图谱证实合成物是否是金刚石。
（TNT）
（金刚石粉末）
（3）晶体生长术——水热法
年，来自美国宾州大学的化学家X.Z.Zhao等人尝试加入金刚石晶种，在热生长环境下成功製备了金刚石。
（金刚石晶种）
（4）化学气相沉积法（CVD）——高温低压製备金刚石膜
年，化学家J.C.Angus等人採用CVD技术将甲烷和四氯化碳在高温低压的环境下合成金刚石膜，目前该项技术已经实现了产业化。
（5）金属熔体+合金催化法
年，来自中科大的李亚栋和钱逸泰等人报道了运用熔体钠结合Co-Ni合金催化剂成功合成了含有少量石墨的金刚石粉末。（图一）而这一X射线衍射（XRD）以及拉曼光谱均证实了合成金刚石的结构。随后，刘建伟、钱逸泰等又尝试用金属镁取代同等反应的金属钠成功製得了具有八面体、微米级别的n-金刚石（图二）
图一
图二:(a)Raman光谱图（b）产物的场发射扫描电镜图
（a）
（b）
（6）氯气处理立方碳化硅——高温常压製备金刚石
年，伊利诺伊大学Y.Gogotsi等人在0摄氏度、正常大气压的条件下，用氯气以及少量氢气与立方碳化硅进行反应，这一过程令碳化硅被氯化成四氧化硅继而挥发，而最后得到的碳中含有金刚石成份。
（7）还原热解法——製备微米级金刚石
年，陈乾旺、楼正松、钱逸泰等人报道了用乾冰（固体二氧化碳）以及金属钠在不鏽钢反应釜中以℃的还原热解法成功合成微米级金刚石，产出物具有八面体的晶体构造。
写到这裡，小编觉得十分感慨，起初看似不可能的事情，总有一些人愿意选择尝试迈出第一步。待人工合成金刚石的技术逐渐成熟，对合成环境的要求也不再那麽苛刻，它也不会成为什麽奢侈品了，说不定有朝一日你就能在商店买到“diy钻石”，愿你一个钻石梦！
参考链接:
维基百科：金刚石
参考书籍：
00个科学难题（化学卷）p9-12
参考文献：
1.BundyFP,etal.Nature,,:51
2.GreinerNR,etal.Nature,,:
3.ZhaoXZ,etal.Nature,,:
4.AngusJC,etal,J.Appl.Phys.,,39:
5.LiYD,QianYT,etal.Science,,:
6.刘建伟.微尺度碳材料的合成、结构及性能.合肥：中国科学技术大学,
7.GogotsiY,etal.Nature,,:
8.SubarnarekhaDe.EarthandPlanetaryScienceLetters,,:
9.SachdevH.Angew.Chem.Int.Ed.,43:
联系电话：