中国科学家合成碳同素异形体C10和C14 有望成新型半导体材料

12月1日消息，同济大学官网发文称，该校材料科学与工程学院许维教授团队首次成功合成了分别由10个或14个碳原子组成的环形纯碳分子材料。

据介绍，碳是一种常见的非金属元素，碳材料在自然界中有多种形式，其具体外在表现形式取决于每个碳原子周围与之成键的原子数目。

当每个碳原子和周围四个原子成键时，就形成了自然界中天然存在的坚硬透明的物质——钻石;当它和周围三个原子成键时，则形成了质软黑色的石墨。

当每个碳原子只和周围两个原子成键时，会形成环形纯碳分子(即环型碳，Cn)。由于这种类型的碳结构极不稳定，在自然界中并不存在，而人工合成又极具挑战性。

2019年，IBM实验室与牛津大学研究团队制备出单个的环型碳C18，但对于更小的环型碳，由于尺寸太小其合成变得更具挑战性。

环型碳C10和C14的表面合成策略与化学结构表征

在本研究中，团队创新性地设计了全卤化萘(C10Cl8)和蒽(C14Cl10)两种前驱体分子，将这两种分子放在“手术台上”(氯化钠薄膜)并将其“麻醉”(液氦4.7 K冻住)，而后利用STM针尖作为“手术刀”对其进行“手术”(原子操纵)，成功合成C10和C14。

不同于此前C18的聚炔型结构，C10和C14均具有累积烯烃型的结构。

许维教授表示，这项研究工作极大推动了环型碳领域的发展，合成的环型碳有望发展成为新型半导体材料，并在分子电子器件中有着广阔的应用前景。

11月30日零点，国际顶级学术期刊《自然》在线发表了该项科研成果。