墨烯生成迎新进展

近日，中国科学院兰州化学物理研究所的研究团队在富勒烯(C60)的研究上取得了重大突破，与瑞士巴塞尔大学和奥地利萨尔茨堡大学的学者携手，成功揭示了富勒烯如何转化为石墨烯的关键过程(一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的电气和机械性能)。相关论文发表在德国应用化学(Angewandte Chemie)》。

由于其独特的特性，富勒烯在光电、催化、润化等领域备受关注，但在铂Pt等金属表面、镍Ni很难形成有序的结构，这给相关材料的研发带来了挑战。如何捕捉富勒烯聚合过程中的关键中间体，实现其可控转换，一直是科学家们努力解决的问题。

研究小组采用了一种创新的方法:结合原点热退火技术和非接触原子力显微技术，成功地在铂金属表面“捕获”了稳定的富勒烯二聚体，即由两个富勒烯分子组成的结构，清晰地展示了这种二聚体是如何一步步变成石墨烯量子点，从而形成更大尺寸石墨烯片的全过程。

具体来说，当温度上升到800开尔文时，位于富勒烯分子“岛”边缘的低位分子会脱离，这些分子之间会发生化学键合反应，形成哑铃状的富勒烯二聚体。研究小组通过先进的显微技术，直接观察到了这种二聚体的精细结构——它由两个直径约1.1纳米的富勒烯单元组成。理论上进一步揭示了铂金属表面的特殊特性使这种二聚体比独立的富勒烯分子更加稳定。

当温度持续上升到900开尔文时，这些二聚体会打开碳笼结构，形成石墨烯的量子点，最终融合成具有特定超晶格结构的几十平方纳米的石墨烯片。研究表明，富勒烯在铂表面形成的二聚体能量阀值远低于其直接分解的阀值，这解释了为什么在铂表面可以形成稳定的二聚体，但在金属或铜等金属表面却无法形成。

通过揭示金属铂表面富勒烯分子热演变中二聚体中间态的形成机制和稳定性，该研究结果为开发新型碳基功能材料提供了一条关键路径:在生成领域，表面隔离富勒烯二聚体可以作为高活性前驱体，直接用于构建光电设备所需的二维共价网络;在润滑领域，二聚体有望成为新一代智能润化添加剂，具有纳米尺度和扩散稳定性，通过优化界面分布来平衡高承载力和低摩擦力的需求;同时，表面诱导策略为调节其他碳簇，如富勒烯聚合物定点装配提供了一般模板。