重磅!新型碳材料性能超越石墨烯,可引发电池技术的突破性进步

来源:科技日报
德国和芬兰科学家在最新一期《科学》杂志撰文称,他们合成出了一种独特的新型碳原子网络,新形式的碳像石墨烯一样,仅一个原子厚,但原子结构和电子特性与石墨烯截然不同,有望在电池等领域找到用武之地。
碳以各种形式存在,比如钻石、石墨和石墨烯等。石墨烯是迄今已知最薄的材料,独特的“性格”使其有望在电子等多个应用领域“大显身手”。在石墨烯中,每个碳原子与另外三个碳原子相连,形成蜂窝状的六边形。理论研究表明,碳原子也可以其他网络模式排列,但科学家迄今一直未曾发现这些预测的网络。
在最新研究中,马尔堡大学和阿尔托大学的科学家发现了一种新的碳原子网络,并将其命名为联苯烯网络。在这种新形式的碳材料中,碳原子之间彼此连接,形成正方形、六角形和八角形,再组合成有序的晶格。
研究人员还用高分辨率扫描探针显微镜证实了这种网络的独特结构,并发现它的电子性质与石墨烯截然不同。
他们表示,石墨烯是半导体,但这种新型碳拥有金属性质。马尔堡大学的迈克尔·戈特弗里德教授说:“新型碳网络上的窄条纹的行为像金属,可用作未来碳基电子设备的导线。”研究主要作者、马尔堡大学的樊启堂(音译)说:“这种新型碳网络也可以作为锂离子电池的正极材料,与目前的石墨烯基材料相比,新材料储锂容量会更大。”
研究人员将含碳分子组装在光滑金表面上制得这种新材料:含碳分子首先形成由连接的六角形组成的链,随后这些链连接在一起形成正方形和八角形。在连接前,只有相同类型的链会聚集在金表面,形成有序组合,这对于新碳材料的形成至关重要,因为不同类型的链之间发生反应只会生成石墨烯。阿尔托大学的严凌浩(音译)解释说:“我们的独特之处是使用了分子前体,我们调整这些分子前体以产生联苯烯,而非石墨烯。”
目前,研究小组致力于研制新材料更大的薄片,以探索其应用潜力。他们也表示,新合成方法有望催生其他新型碳网络。
石墨烯的横空出世,打开了二维材料世界的大门,也刷新了科学家对物质材料“维度”的认知。既然单层碳原子可以形成石墨烯,理论上,其他物质也可能以单层原子形式排列,并形成新的二维材料。最新研究又带来新的启发:改变单层碳原子的排列形式,即可形成另一种二维材料,其他物质材料是否也如此?如果真是这样,那么二维材料世界的疆界将大大拓展。