重磅！中科大2023年首篇第一单位Nature！

继上周中国科学技术大学和合作高校发表2023年首篇Nature以来，众多报道打出了“2023年，中科大首篇nature”的标题，诚然，合作的文章当然算。但细细看来，不难发现这篇文章的第一单位是新加坡南洋理工大学。

谁能想到？一周之后，中国科学技术大学就真的引来了属于自己的2023年首篇第一单位的Nature，惊不惊喜意不意外？小编我只想说，中科大确实牛！

尽管，人们已经大量报道了连接C₆₀分子的共价键碳结构，但其生产方法，通常只能获得非常少量的样品，从而限制了潜在应用所必需的详细描述和探索。

在此，来自的韩国蔚山基础科学研究所的Rodney S. Ruoff& 中国科学技术大学的朱彦武等研究者报道了以α-Li₃N为催化剂的C₆₀粉末，在常压条件下制备了一种克量级新型碳——长程有序多孔碳(LOPC)。相关论文以题为“Long-range ordered porous carbons produced from C₆₀”于2023年01月11日发表在Nature上。

C₆₀结晶体为面心立方(fcc)分子晶体，分子旋转相变对温度和压力敏感。“富勒烯聚合物”是通过高压高温(HPHT)处理C₆₀(s)、高速振动铣削、碱金属掺杂C₆₀(s)以及将C₆₀(s)暴露在电子束或紫外线照射下获得的。

此前，人们采用层间键合解理策略，制备了单层聚合物C₆₀网络。长程有序碳簇是一种由无定形构件组成的独特晶体材料，通过在高压和室温下粉碎C₆₀笼来合成。超硬非晶碳的HPHT处理C₆₀晶体也有报道。

具有广泛共价键的碳晶体，可能具有特殊的硬度，但据报道，由于制造它们的高压电池的尺寸，通过HPHT处理制成的碳的数量通常非常小，因此，评估它们的性质是具有挑战性的。对于它们的大规模制备，能够更详细地描述长期有序碳产物的化学方案显然是有帮助的。

在此，研究者报道了以α-Li₃N为催化剂的C₆₀粉末，在常压条件下制备了一种克量级新型碳——长程有序多孔碳(LOPC)。LOPC由连接破碎的C₆₀笼组成，保持长周期，并已通过X射线衍射、拉曼光谱、魔角自旋固态核磁共振光谱、像差校正透射电镜和中子散射进行了表征。

基于神经网络的数值模拟表明，LOPC是富勒烯型碳向石墨烯型碳转变过程中产生的亚稳结构。在较低的温度、较短的退火时间或较少的α-Li₃N用量下，由于电子从α-Li₃N转移到C₆₀，形成了著名的聚合C₆₀晶体。

碳K边近边X射线吸收精细结构中LOPC的电子离域程度高于C₆₀(s)。室温下的电导率为1.17×10⁻² S cm⁻¹，在T < 30 K时的导电，似乎是由短距离的类金属输运结合载流子跳跃引起的。LOPC的制备使得从C₆₀(s)开始的其他晶体碳的发现成为可能。

图1. 形态和结构特征

图2. 微观结构表征

图3. 模拟和现场MAS-SSNMR

图4. DOS, NEXAFS和电导率测量

综上所述，α-Li₃N和C₆₀(s)在室温和室温下混合可得到一种长程有序的多孔碳LOPC，由主要由sp²碳键连接的断裂C₆₀笼组成。LOPC已通过与原始fcc C₆₀和另一同素异形体C₆₀聚合物晶体进行了广泛的实验表征。

通过模拟，研究者发现LOPC是一种亚稳态结构，发生在富勒烯型碳向石墨烯型碳的转变过程中，随着退火温度的升高，LOPC的性质从半导体型向金属型转变。该合成很容易在半克尺度上进行，这产生了足够的材料，用于研究者所描述的表征方法。

研究者看不出有任何理由，为什么不能在千克或更大的尺度上进行这种合成。更大的数量将创造机会，以新的方式使用这些产品，并使进一步的化学反应能够产生其他具有有趣性质和其他功能的下游产品。

作者简介

朱彦武，男，1978年生，博士，中国科学技术大学教授、博士生导师。在Science、Advanced Materials等学术刊物发表论文160余篇，引用30000余次，其中单篇引用最高4000余次，H因子55。2013年获国家自然科学基金委优秀青年基金资助。获得奖励包括SCOPUS青年科学之星铜奖、国际材联-新加坡材料协会青年科学家奖、亚太经合组织创新、研究与教育科学奖等，入选2014-2018年爱思唯尔中国材料科学家高被引作者名录和2018-2019年科睿唯安高被引科学家名录(跨学科领域)。研究方向：包括新型碳材料的制备与表征和碳基材料能量存储与转换。

文献信息

Pan, F., Ni, K., Xu, T. et al. Long-range ordered porous carbons produced from C₆₀. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05532-0

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05532-0

https://baike.so.com/doc/5219900-24880922.html

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/15/006a0b6c2b/

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