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單原子厚新型碳材料擁有金屬特性 可作鋰電池正極材料
日期:2021-05-24   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_guomi 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
5月23日德國(guó)和芬蘭科學(xué)家在最新一期《科學(xué)》雜志撰文稱,他們合成出了一種獨(dú)特的新型碳原子網(wǎng)絡(luò),新形式的碳像石墨烯一樣,僅一個(gè)原子厚,但原子結(jié)構(gòu)和電子特性與石墨烯截然不同,有望在電池等領(lǐng)域找到用武之地。

碳以各種形式存在,比如鉆石、石墨和石墨烯等。石墨烯是迄今已知最薄的材料,獨(dú)特的“性格”使其有望在電子等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域“大顯身手”。在石墨烯中,每個(gè)碳原子與另外三個(gè)碳原子相連,形成蜂窩狀的六邊形。理論研究表明,碳原子也可以其他網(wǎng)絡(luò)模式排列,但科學(xué)家迄今一直未曾發(fā)現(xiàn)這些預(yù)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)。

在最新研究中,馬爾堡大學(xué)和阿爾托大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的碳原子網(wǎng)絡(luò),并將其命名為聯(lián)苯烯網(wǎng)絡(luò)。在這種新形式的碳材料中,碳原子之間彼此連接,形成正方形、六角形和八角形,再組合成有序的晶格。

研究人員還用高分辨率掃描探針顯微鏡證實(shí)了這種網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特結(jié)構(gòu),并發(fā)現(xiàn)它的電子性質(zhì)與石墨烯截然不同。

他們表示,石墨烯是半導(dǎo)體,但這種新型碳擁有金屬性質(zhì)。馬爾堡大學(xué)的邁克爾·戈特弗里德教授說(shuō):“新型碳網(wǎng)絡(luò)上的窄條紋的行為像金屬,可用作未來(lái)碳基電子設(shè)備的導(dǎo)線。”研究主要作者、馬爾堡大學(xué)的樊啟堂(音譯)說(shuō):“這種新型碳網(wǎng)絡(luò)也可以作為鋰離子電池的正極材料,與目前的石墨烯基材料相比,新材料儲(chǔ)鋰容量會(huì)更大。”

研究人員將含碳分子組裝在光滑金表面上制得這種新材料:含碳分子首先形成由連接的六角形組成的鏈,隨后這些鏈連接在一起形成正方形和八角形。在連接前,只有相同類型的鏈會(huì)聚集在金表面,形成有序組合,這對(duì)于新碳材料的形成至關(guān)重要,因?yàn)椴煌愋偷逆溨g發(fā)生反應(yīng)只會(huì)生成石墨烯。阿爾托大學(xué)的嚴(yán)凌浩(音譯)解釋說(shuō):“我們的獨(dú)特之處是使用了分子前體,我們調(diào)整這些分子前體以產(chǎn)生聯(lián)苯烯,而非石墨烯。”

目前,研究小組致力于研制新材料更大的薄片,以探索其應(yīng)用潛力。他們也表示,新合成方法有望催生其他新型碳網(wǎng)絡(luò)。

石墨烯的橫空出世,打開了二維材料世界的大門,也刷新了科學(xué)家對(duì)物質(zhì)材料“維度”的認(rèn)知。既然單層碳原子可以形成石墨烯,理論上,其他物質(zhì)也可能以單層原子形式排列,并形成新的二維材料。最新研究又帶來(lái)新的啟發(fā):改變單層碳原子的排列形式,即可形成另一種二維材料,其他物質(zhì)材料是否也如此?如果真是這樣,那么二維材料世界的疆界將大大拓展。 

原標(biāo)題:?jiǎn)卧雍裥滦吞疾牧蠐碛薪饘偬匦?可作鋰電池正極材料
 
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