碳原子是奇特的,既可构成国际最软的矿物质石墨,也能构成天然界中最坚固的物质金刚石。最近我国科学家又在碳原子研讨上取得打破:由中科院大学物理学院苏刚教授等人经过理论核算预言的一种三维碳结构T-碳(T-carbon)诞生,中外科学家联合研讨团队成功组成了T-碳,从而使T-碳成为可与石墨和金刚石比肩的碳的另一种三维新结构。

　　11月23日,苏刚在承受科技日报记者正常采访时标明,T-碳是一种疏松的碳资料,内部有很大的可利用空间,假如用作储能资料,其储氢才能分量百分比不低于7.7%。苏刚以为,T-碳将会在光催化、吸附、储能、航空航天资料等范畴具有广泛的使用远景。

　　1980年代以来,科学家对取得碳的新结构兴趣浓厚,并催生了两次诺贝尔奖。这不仅在化学、物理、资料和信息科学等相关范畴产生巨大影响,也催生了工业和技术上的很多使用。根据这些结构,科学家又组成了许多新的衍生物,并制成了新的功用器材和相关产品。

　　碳原子有四个价电子,产生轨迹杂化(原有一些能量较近的原子轨迹从头组组成新的原子轨迹)后它就像四只手,有着十分强的与本身及其他元素相结合的才能。碳能构成sp2杂化的石墨烯,构成sp3杂化的金刚石,还有sp-sp2杂化的石墨炔,sp-sp3杂化的金刚石炔。“化学上,碳能够与其他元素结合在一起,组成包含DNA、蛋白质和其他重要的生物大分子,从而使碳成为地球上组成生命的最基本的元素之一。”苏刚说。

　　2011年,苏刚辅导博士生胜献雷等经过很多比照研讨后提出,假如将立方金刚石中的每个碳原子用一个由四个碳原子组成的正四面体结构单元替代,将会构成碳的一种新式三维立方晶体结构。他们根据密度泛函的第一性原理研讨,发现这种结构在几许、能量以及动力学方面都是极点安稳的。他们把这种碳的新式同素异形体命名为T-carbon。研讨标明,T-碳具有与金刚石相同的空间群,是一个具有直接带隙的半导体,可经过掺杂来调控带隙以适用于光催化。T-碳还有一个鲜明特点,密度十分小,约为石墨的2/3,金刚石的一半。

　　苏刚等人经过核算发现T-碳可能在负压环境下更易构成。T-碳有可能在世界星际尘土或太阳系外行星中被观测到。

　　关于发现T-碳的作业,业界专家给予高度评价,以为“T-碳敞开了碳结构研讨的新纪元,将激起其他科学家进行广泛的理论和试验研讨”。

　　T-碳能否在试验室组成?苏刚近年来一直致力于推进T-碳的试验组成作业。2017年年头,西安交通大学和新加坡南洋理工大学的联合研讨团队,经过皮秒激光照耀悬浮在甲醇溶液中的多壁碳纳米管,在极点违背热力学平衡态的条件下,成功地完成了从sp2到sp3化学键的改变,其构成的新式碳资料与理论猜测的T-碳完全一致,证明组成了T-碳。有关组成T-碳的试验成果前不久在《天然·通讯》上发布。