新年伊始，中科大再发Nature!

一、【导读】

碳是自然界最常见的元素之一，碳原子之间通过不同排列方式，能够形成多种结构，比如大众熟知的石墨、金刚石等，已经广泛应用于各个领域。近年来，富勒烯、纳米碳管、石墨烯和石墨炔等新型碳材料的发现和发展，引起了广泛的关注与研究热潮。碳材料研究领域近年来的诸多进展表明，从富勒烯这一具有明确结构的纳米单元出发，有望得到具有新奇性质和应用潜力的新型碳基晶体材料。然而，目前报道的高温高压（HPHT）制备的碳基晶体材料产率低且为混合相，因此难以评估其性能。

二、【成果掠影】

为解决以上难题，中国科学技术大学朱彦武教授与韩国基础科学研究所Rodney. S. Ruoff教授联合，创造性地使用氮化锂对富勒烯C₆₀分子晶体进行电荷注入，并在温和温度下进行热处理，最终得到大量的C₆₀聚合物晶体以及长程有序多孔碳（LOPC）晶体，实现了克级制备。据了解，这种LOPC晶体微观上具有多孔特征但完整保留了晶体的宏观周期性，是一类新的人工碳晶体，未来可能在能量存储、离子筛分、负载催化等领域具有潜在应用。电荷注入技术为构建这类碳基晶体材料提供了一种“拼乐高”积木式的制备方式，有望成为在原子级精度上调控晶体结构的新手段。相关研究成果以题为“Long-range ordered porous carbons produced from C₆₀”发表在知名期刊Nature上。

据了解，朱彦武教授团队长期致力于发展新型碳材料的规模化制备技术。早在2011年，团队成功地将石墨烯片层重构成为兼具高比表面积、高电导率和负曲率结构的“活化石墨烯”，作为超级电容器电极材料表现出优异性能，该研究成果以题为“Carbon-Based Supercapacitors Produced by Activation of Graphene”发表在Science上。

据报道，这并非中科大2023年发表的首篇顶刊。2023年1月4日中国科学技术大学任希锋教授等人与新加坡国立大学仇成伟教授、郭强兵博士等合作，在二维材料非线性量子光源研究中取得重大突破，研究成果以“Ultrathin quantum light source with van der Waals NbOCl₂ crystal”为题发表在Nature上，详见材料人解读：最新Nature

三、【图文导读】

图一、形态和结构特征 © 2023 Springer Nature

图二、微观结构表征 © 2023 Springer Nature

图三、仿真和原位MAS-SSNMR © 2023 Springer Nature

图四、DOS、NEXAFS以及电导率测量 © 2023 Springer Nature

四、【前景展望】

综上，该研究利用化学电荷注入技术，基于结构明确的C₆₀分子晶体，实现了包含巨大数量碳原子体系的热力学状态和动力学过程的精确调控，在常压条件下获得了克级的LOPC晶体，系统地表征了其微观结构，测量其室温下电导率为1.17×10^-2 S cm^-1。LOPC晶体的制备使得从C₆₀(s)开始的其他晶体碳的发现成为可能。据了解，接下来该团队将系统地研究LOPC晶体的性质，期望通过精细调节实验参数进一步调控晶体的原子级结构特征，探索更多的性质和应用。

文献链接：Long-range ordered porous carbons produced from C₆₀ (Nature 2023, DOI: 10.1038/s41586-022-05532-0)