碳材料家族又添两位新成员

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本报上海12月3日电（记者孟歆迪）碳材料家族又添两位新成员：通过对两种分子实施“麻醉”和“手术”，同济大学材料科学与工程学院许维教授团队首次成功合成分别由10个或14个碳原子组成的环型纯碳分子材料。日前，国际学术期刊《自然》在线发表了这一最新科研成果，论文题为《表面合成芳香性环型碳C10和C14》。这项研究首次成功精准合成了两种全新的碳分子材料（碳同素异形体），即芳香性环型碳C10和C14，并精细表征了它们的化学结构，这两种合成的新颖碳结构有望应用于未来的分子电子学器件中。

在研究中，团队采用了不同于C18的将环状碳氧化合物作为前驱体的合成路线，创新性地设计了全卤化萘（C10Cl8）和蒽（C14Cl10）两种前驱体分子。将这两种分子放在“手术台上”（氯化钠薄膜）并将其“麻醉”（液氦4.7K冻住），而后利用STM针尖作为“手术刀”对其进行“手术”（原子操纵），进而诱导两种分子完全脱卤并伴随发生反伯格曼开环反应，最终成功在表面上合成了两种芳香性环型碳C10和C14。化学键分辨的原子力显微镜表明，不同于此前C18的聚炔型结构，C10和C14均具有累积烯烃型的结构。团队进一步通过理论计算发现，这两位碳材料家族的新成员并非拥有完全一致的特性，C10完全没有键长交替，而C14作为从累积烯烃型C10到聚炔型C18的过渡态，存在一个非常小的键长交替，尚未达到单键和三键的形式，从实验上也无法分辨出来。

许维表示，这项研究工作推动了环型碳领域的发展，提出的表面合成策略有望成为一种合成系列环型碳的普适性方法。同时，合成的环型碳有望发展成为新型半导体材料，并在分子电子器件中有着广阔的应用前景。