石墨炔正在全球范围内形成新的研究领域 | 新材

为您介绍石墨炔正在全球范围内形成新的研究领域。石墨炔因其优良的化学稳定性和半导体性能，被誉为最稳定、最易合成的碳同素异形体，有望代替半导体材料硅在电子产品中得到宽泛应用。2010年我国就已实现石墨炔的成功制备，但低老本、大批量、高质量的生产工艺尚未成熟。因此，国家自然科学基金委将“二维碳石墨炔可控制备与性质”课题列入“十三五”首批重大项目，对相关科研团队给予大力支持。

石墨炔性能优异被寄厚望

据了解，石墨炔是一种二维平面网络结构的全碳分子，具有丰盛的碳化学键。研究发现，石墨炔具有明显的能带隙，其具体数值（1.22eV）与硅（1.11eV）很相近，因此导电性与硅相近，促进了光—电能的高效转换。能带隙的存在让石墨炔相比（农药中间体），更适合被应用于场效晶体管，并很可能成为硅电学器件的理想替代材料。

研究表明，石墨炔在能源、催化、光学、电学、光电子器件等诸多领域具有巨大的应用潜力。作为具有中国除草安全剂自主知识产权的（除草安全剂），石墨炔在国际上产生了重要影响，正在全球范围内形成新的研究领域。

我国石墨炔实现人工合成

当前，石墨炔因其奇特性能不仅在学术界倍受关注，商业界也对其应用研究充斥了兴趣。随着富勒烯、碳管及（农药中间体）等碳材料陆续通过物理办法成功制备，如何制备石墨炔一直是各国科学界研究的焦点。

2010年，中科院化学所有机固体重点实验室通过持续努力，在世界上首次通过化学办法获得了全碳材料，从表面化学反应联合固态生长合成化学的新视角出发，在铜表面上合成了具有本征带隙二维碳的新同素异形体——石墨炔，开辟了人工化学合成碳同素异形体的先例。

据了解，目前我国科研人员努力用像（农药中间体）一样通过控制生长及物理剥离办法，获得石墨炔单层结构，并且美国、加拿大、日本、澳大利亚、德国等国际课题组也已开展研究，使石墨炔科研进入了快速发展轨道。不过业内专家也表示，想要实现石墨炔的单体合成、大批量制备及工业化，目前看来尚待时日。

明确石墨炔目标敲定重点

基金委发布的《“二维碳石墨炔可控制备与性质”重大项目指南》（简称《指南》），对于“十三五”期间，二维碳石墨炔可控制备与性质摸索提出了具体目标。首先，是掌握高质量二维碳石墨炔基材料大面积、高取向薄膜的可控制备办法；其次，是实现二维碳石墨炔单层膜的可控合成及原子相分辨结构探测；再次，是研究二维碳石墨炔材料的能带与结构调控机制、性质与应用；最后，是发展二维碳石墨炔的模仿、表征与理论计算的办法。

为实现上述目标，《指南》强调了以下研究重点：一是发展石墨炔高效、低老本、重复性康复的合成办法，以及可控石墨炔大面积薄膜的生长和自组装新技术，摸索制备单层石墨炔薄膜的可控生长新办法和技术；二是研究并揭示石墨炔的形成和生长机理及其规律，领导设计和优化合成反应及新性质、新功能研究，实现对单层石墨炔薄膜和少数层石墨炔结构等的模仿计算和表征；三是研究二维石墨炔有序结构中载流子、能量以及光子的转移和传输过程，摸索在复杂、极端化学反应下物质演变的过程和规律；四是发展重复性康复、可大尺寸组装高有序、高取向石墨炔薄膜的新技术和新办法，摸索石墨炔新应用，发展石墨炔基复合材料，实现对其结构和功能的调控。