Nature重大成果|碳的同素异形体新成员出现

　　碳的同素异形体有：金刚石、石墨、石墨烯、富勒烯、直链乙炔碳、无定形碳、碳纳米管、纤维碳、碳纳米泡沫。碳同素异形体指的是元素碳的同素异形体，即纯碳元素所能构成的各种不同的分子结构。

　　同素异形体是指由同样的单一化学元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质。同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。 碳具有两种天然同素异形体，分别是金刚石和石墨。这两种结构分别由碳原子sp3和sp2杂化态在三维空间相互链接形成。将碳的不同杂化态在三维空间进行构建，理论上，可以合成无限碳的同素异形体。富勒烯(C60)是第一种人工合成的碳同素异形体，属于完全由碳原子组成的多环聚合物。C60聚合物层具有规则的起伏拓扑结构，在电子传输和磁性性能上具有独特性能。理论上，构建聚合物有无限可能。例如，石墨烯是碳的另一种同素异形体，也是碳原子的一种聚合物。将石墨烯与碳的其它同素异形体相互聚合会导致新型结构的二维薄片。

　　鉴于此，近期，美国哥伦比亚大学Elena Meirzadeh、Michael L. Steigerwald、Jingjing Yang,、Colin Nuckolls和Xavier Roy等研究者在Nature上，发表了以“A few-layer covalent network of fullerenes”为题的研究成果。

　　研究主要道了一种新型聚合物石墨-富勒烯（Graphullerene），其本质是C60的二维聚合物，由富勒烯次级结构以六方晶格形式相互共价连接构成。这种结构的形成打破了分子和碳材料不能结合构建的鸿沟。此外，作者还构筑了电荷中性，纯碳基的宏观晶体材料，为创造异质结构和光电子器件提供了清晰的思路。

　　参与这项工作的研究人员多达十几名。文章提出了一种化学策略，将石墨烯-C60通过一系列的处理制备为易于剥落的大块单晶。这种墨烯-C60多分子层晶体呈电荷中性，剥落的大块单晶没有残留的反离子或杂质，为基于该材料的功能器件提供了新的制备方法。

　　参考文献

　　E Meirzadeh et al, Nature, 2023, DOI: 10.1038/s41586-022-05401-w