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碳家族迎来新成员:预言的T—碳在实验室诞生—

发布时间:2017-12-03 阅读:

  碳族欢迎新成员:实验室预测的碳 - 预测 - 新闻 - 科学网

  碳碳是六年前中国科学院教授苏刚团队理论计算所预测的一种新型三维碳结构。最近,新加坡西安交通大学和新加坡南洋理工大学联合研究团队成功地合成了碳结构,证实了该团队的理论预测,并使T碳成为与石墨相当的新三维碳结构,钻石,从而为碳族添加新的成员。

  2011年,苏刚指导博士生牺牲雷,与严庆波博士,费教授和郑庆荣教授合作。经过大量比较研究,有人提出,如果立方体钻石中的每个碳原子都是由四个碳原子组成的正四面体结构单元所取代的,将会形成一种新型的碳立体立方晶体结构。基于密度泛函理论的第一原理,他们发现这种结构在几何,能量和动力学方面非常稳定,并命名为这种新的碳同素异形体碳。

  Su等人的研究表明T碳具有与金刚石相同的空间群,并且是具有直接带隙的半导体。 T碳还具有鲜明的特征,其密度非常小,大约三分之二的石墨,钻石一半。 T碳也具有很高的硬度。由于T碳是一种蓬松的碳材料,其使用空间很大,如果用于储能材料,其储氢量不少于7.7%(重量)。由于上述独特的性质,T碳在光催化,吸附,储能,航天材料等领域具有广泛的应用潜力。业内专家认为,这项工作开辟了碳结构研究的新纪元。

  苏钢等人经过认真的计算,发现T碳在负压下很容易形成。进一步的研究还表明,T碳可能在宇宙星际尘埃或太阳系外行星中观察到。

  苏刚告诉“中国科技报”记者,在完成了理论预测之后,他长期致力于推动T型碳实验综合。爱迪生说,99%的实验将失败,但坚持会有收益。好消息是2017年西安交大与新加坡南洋理工大学,新加坡联合研究小组终于成功了1%,通过皮秒激光辐照多壁碳纳米管悬浮在甲醇溶液中,成功实现了在热力学平衡状态的极端偏离下从sp2跃迁到sp3键,详细的结构研究表明所形成的新碳材料与理论T碳完全一致,证明了T碳的合成。

  另外,T碳的实验合成不但具有很好的应用前景,而且具有重要的科学意义。近年来,理论界提出了多种碳结构模型。只有T碳已经成功地通过实验合成,这不是巧合。长久以来,天文学家观察到,宇宙尘埃中的碳只有太阳系的60%,长期致力于研究碳危机之谜。 T碳密度恰好是石墨的2/3。这似乎提供了一个见解,即如果星际尘埃中的大部分碳以T碳的形式出现,这是碳危机这个重要科学问题的最终答案吗?苏刚告诉“中国科学报”记者。

  西安交通大学和新加坡南洋理工大学联合研究团队对T型碳的光吸收实验也表明,主要光吸收峰位置接近星际消光曲线鼓的对应位置这个问题的最终答案也需要天文学家通过天文观测来进一步确认,对此,苏刚认为,我们新建的世界上最大的镜射直径射电望远镜FAST可能起着重要的作用。

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