石墨烯vs石墨炔 超級材料之爭 誰才能主導未來？

合成、分離新的不同維數(shù)碳同素異形體是過去二三十年研究的焦點，科學家們先后發(fā)現(xiàn)了三維富勒烯、一維碳納米管和二維石墨烯等新的碳同素異形體，這些材料均成為了國際學術(shù)研究的前沿和熱點。碳材料可廣泛應用于鋰離子電池、超級電容器、傳感器、太陽能電池、催化載體以及納微電子器件等領(lǐng)域研究。碳具有sp3、sp2和sp三種雜化態(tài)，通過不同雜化態(tài)可以形成多種碳的同素異形體，激起了科學家們對新型碳的同素異形體的研究興趣，他們認為該類碳材料具備優(yōu)異的電學、光學和光電性能，將成為下一代新的電子和光電器件的關(guān)鍵材料。就在這時，我國科學家經(jīng)過努力在世界范圍內(nèi)首次見證了碳家族新成員的誕生——石墨炔。

稻草還是黃金？

就在為石墨烯獲得諾貝爾物理學獎歡呼雀躍之時，我國科學家首次宣布碳家族新成員石墨炔的誕生。

中科院化學所有機固體院重點實驗室研究人員利用六炔基苯在銅片的催化作用下發(fā)生偶聯(lián)反應，成功地在銅片表面上通過化學方法合成了大面積碳的新同素異形體——石墨炔，這是在世界上首次大面積制備出了石墨炔薄膜。它具有豐富的碳化學鍵、大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，被譽為是最穩(wěn)定的一種人工合成的二炔碳的同素異形體。由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)及類似硅優(yōu)異的半導體性能，石墨炔可以廣泛應用于電子、半導體以及新能源領(lǐng)域。

一直以來，人們總渴望能夠獲得具有sp雜化態(tài)的碳的新同素異形體，從而獲得優(yōu)異的性能。這么好的事情，為什么外國人做不出來，而我國科學家做出來了？

美麗的“意外”

通過訪問中科院化學所李玉良研究員，我們了解到，石墨炔這一巨大的“意外”，其實是該課題組多年的經(jīng)驗積累。

李玉良課題組從源頭的分子設(shè)計開始進行研究，漸漸地試著合成一些分子的片段。但是僅僅是量變是不夠的，直到有一天意外靈感的迸發(fā)，李玉良研究員聯(lián)想到了一種化學的方法有可能使石墨炔大面積成膜，即在銅片表面上通過化學方法原位合成石墨炔，在這一過程中銅箔不僅作為交叉偶聯(lián)反應的催化劑、生長基底，而且為石墨炔薄膜的生長所需的定向聚合提供了大的平面基底。

他們立即著手去做，質(zhì)變發(fā)生了，首次成功地獲得了大面積碳的新的同素異形體-石墨炔薄膜，世界震驚了！

棋逢對手：石墨烯vs石墨炔

作為碳元素家族的新貴，石墨烯自誕生以來就成為了“神奇材料”的代名詞。然而石墨炔的出現(xiàn)，再次刷新了“石墨烯”這一新詞的熱度。二者棋逢對手，那么到底誰更勝一籌呢？

先來說說石墨烯的非凡之處。石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、強度最高的材料。石墨烯目前最有潛力的應用方向，是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會提升數(shù)百倍。另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。

石墨炔，是繼富勒烯、碳納米管、石墨烯之后，一種新的全碳納米結(jié)構(gòu)材料，具有豐富的碳化學鍵、大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，被譽為是最穩(wěn)定的一種人工合成的二炔碳的同素異形體。由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)及類似硅優(yōu)異的半導體性能，石墨炔有望可以廣泛應用于電子、半導體以及新能源領(lǐng)域。研究表明，石墨炔是一種非常理想的儲鋰材料，且其獨特的結(jié)構(gòu)更有利于鋰離子在面內(nèi)和面外的擴散和傳輸，這樣賦予其非常好的倍率性能，從實踐證明石墨炔是一種非常有前景的儲鋰能源材料，科學家也預測它在新能源領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生非比尋常的影響。

由此看來，在性能和應用前景方面，石墨炔的“超能力”絲毫不遜色于石墨烯，作為初登科學界風口浪尖的新型材料物質(zhì)，來自中國的石墨炔成績自然也不會差。

編輯：jq