T-碳將會(huì)在光催化、吸附、儲(chǔ)能、航空航天材料等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。

碳原子既可以構(gòu)成世界最軟的物質(zhì)石墨，也可以構(gòu)成最堅(jiān)硬的物質(zhì)金剛石。最近，在碳原子的研究上，中科院蘇剛教授等人通過(guò)理論計(jì)算出三維碳結(jié)構(gòu)T-碳（T-carbon），隨后，中外科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同合成了T-碳，使T-碳正式成為碳家族的新成員。

碳原子周?chē)兴膫€(gè)電子，發(fā)生軌道雜化（原有一些能量較近的原子軌道重新組合成新的原子軌道）后，它的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)就會(huì)被打破，然后具有很強(qiáng)的與自身及其他元素相結(jié)合的能力。

如，碳元素可以形成sp2雜化的石墨烯、形成sp3雜化的金剛石，還有sp-sp2雜化的石墨炔和sp-sp3雜化的金剛石炔。對(duì)此，蘇剛解釋道：“化學(xué)上，碳可以與其他元素結(jié)合在一起，組成包括DNA、蛋白質(zhì)和其他重要的生物大分子，正是這一特性，碳才成為地球上組成生命的最基本元素之一。”

關(guān)于這一新物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，蘇剛表示，他們是基于大量的對(duì)比研究后提出這一猜想的：如果將立方金剛石中的每個(gè)碳原子用一個(gè)由四個(gè)碳原子組成的正四面體結(jié)構(gòu)單元取代，將會(huì)形成碳的一種新型三維立方晶體結(jié)構(gòu)。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)基于密度泛函的第一性原理對(duì)此進(jìn)行深入的研究，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)在幾何、能量以及動(dòng)力學(xué)方面都是極其穩(wěn)定的，于是他們將這種碳的新型同素異形體命名為T(mén)-carbon。

今年年初，西安交通大學(xué)和新加坡南洋理工大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)皮秒激光照射懸浮在甲醇溶液中的多壁碳納米管，在極端偏離熱力學(xué)平衡態(tài)的條件下，成功地實(shí)現(xiàn)了從sp2到sp3化學(xué)鍵的轉(zhuǎn)變，其形成的新型碳材料與理論預(yù)測(cè)的T-碳完全一致，證明合成了T-碳。

研究表明，T-碳具有與金剛石相同的空間群，是一個(gè)具有直接帶隙的半導(dǎo)體，可通過(guò)摻雜來(lái)調(diào)控帶隙以適用于光催化，此外，其密度非常小，約為石墨的2/3、金剛石的一半。

其中，蘇剛指出，通過(guò)計(jì)算，T-碳可能在負(fù)壓環(huán)境下更易形成，且它極有可能存在于宇宙星際塵?；蛱?yáng)系外行星中。

對(duì)于這一發(fā)現(xiàn)，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家給出了極高的評(píng)價(jià)：“T-碳開(kāi)啟了碳結(jié)構(gòu)研究的新紀(jì)元，將激發(fā)其他科學(xué)家進(jìn)行廣泛的理論和實(shí)驗(yàn)研究。”

關(guān)于這一技術(shù)的應(yīng)用，蘇剛表示：“T-碳是一種蓬松的碳材料，內(nèi)部有很大的可利用空間，如果用作儲(chǔ)能材料，其儲(chǔ)氫能力重量百分比不低于7.7%。此外，T-碳將會(huì)在光催化、吸附、儲(chǔ)能、航空航天材料等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。”

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