中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員鄭健團隊在常壓下，通過(guò)簡(jiǎn)單的反應條件，研制出了一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合C60。這是一種全新的簇聚二維超結構，C60簇籠在平面上通過(guò)C-C鍵相互共價(jià)鍵合形成規則的拓撲結構。這種新型碳材料具有較高的結晶度和良好的熱力學(xué)穩定性，為碳材料的研究提供了全新的思路。該成果引起了國際化學(xué)界和材料學(xué)界的廣泛關(guān)注。
同一種元素構成的物質(zhì)，由于原子排列不同，展現出不同的物理化學(xué)性質(zhì)，該物質(zhì)被稱(chēng)之為同素異形體。石墨和金剛石等都是碳的同素異形體。但這些材料都是原本就存在于自然界中的，一直以來(lái)，科學(xué)家們都在尋找，有沒(méi)有可能用碳原子“搭建”出新型材料，“定制”出新型碳材料。
“對于制備純碳材料，以往是用碳原子作為基礎單元去構筑。”鄭健說(shuō)，他帶領(lǐng)團隊創(chuàng )造性地用C60分子替代碳原子作為基礎單元，在常溫常壓的條件下，通過(guò)摻雜鎂將C60分子聚合起來(lái)，再通過(guò)有機陽(yáng)離子切片把鎂去掉，得到單層聚合C60。
這是一種全新的簇聚二維超結構，由C60簇籠在平面上通過(guò)C-C鍵相互共價(jià)鍵合形成規則的拓撲結構。“為了得到這個(gè)穩定的結構，我們用了5年。”鄭健說(shuō)，一個(gè)C60分子中一共有60個(gè)碳原子，想要得到穩定的結構，就要讓相鄰分子中的碳原子形成穩定連接。研究團隊嘗試了很多種方法，制備了許多樣品，走了很多彎路，終于，潛心研究有了回報：多種表征測量結果顯示，這種新材料就是鄭健團隊想要得到的目標材料，該團隊開(kāi)創(chuàng )了一種新的制備碳材料的方法。
同時(shí)，測量結果還發(fā)現，這種新材料是典型的半導體，具有良好的熱力學(xué)穩定性，在約326.85℃下仍舊穩定存在。鄭健說(shuō)：“該新型碳新材料在非線(xiàn)性光學(xué)和功能化電子器件方面具有重要應用意義，在超導、量子計算、自旋輸運、信息及能量存儲、催化等領(lǐng)域也具有潛在的應用前景。”接下來(lái)，該團隊將深入研究這一新材料的特性，探索更多的應用場(chǎng)景和更大的應用價(jià)值。
