重磅!新型碳材料性能超越石墨烯,可引發電池技術的突破性進步

來源:科技日報
德國和芬蘭科學家在最新一期《科學》雜志撰文稱,他們合成出了一種獨特的新型碳原子網絡,新形式的碳像石墨烯一樣,僅一個原子厚,但原子結構和電子特性與石墨烯截然不同,有望在電池等領域找到用武之地。
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,獨特的“性格”使其有望在電子等多個應用領域“大顯身手”。在石墨烯中,每個碳原子與另外三個碳原子相連,形成蜂窩狀的六邊形。理論研究表明,碳原子也可以其他網絡模式排列,但科學家迄今一直未曾發現這些預測的網絡。
在最新研究中,馬爾堡大學和阿爾托大學的科學家發現了一種新的碳原子網絡,并將其命名為聯苯烯網絡。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了這種網絡的獨特結構,并發現它的電子性質與石墨烯截然不同。
他們表示,石墨烯是半導體,但這種新型碳擁有金屬性質。馬爾堡大學的邁克爾·戈特弗里德教授說:“新型碳網絡上的窄條紋的行為像金屬,可用作未來碳基電子設備的導線。”研究主要作者、馬爾堡大學的樊啟堂(音譯)說:“這種新型碳網絡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,新材料儲鋰容量會更大。”
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聚集在金表面,形成有序組合,這對于新碳材料的形成至關重要,因為不同類型的鏈之間發生反應只會生成石墨烯。阿爾托大學的嚴凌浩(音譯)解釋說:“我們的獨特之處是使用了分子前體,我們調整這些分子前體以產生聯苯烯,而非石墨烯。”
目前,研究小組致力于研制新材料更大的薄片,以探索其應用潛力。他們也表示,新合成方法有望催生其他新型碳網絡。
石墨烯的橫空出世,打開了二維材料世界的大門,也刷新了科學家對物質材料“維度”的認知。既然單層碳原子可以形成石墨烯,理論上,其他物質也可能以單層原子形式排列,并形成新的二維材料。最新研究又帶來新的啟發: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。
 
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