工學院王前課題組關(guān)于金屬碳的研究成果發(fā)表于《美國科學院院刊》

時間：2013-11-15 09:05  作者：  來源：北京大學新聞網(wǎng)

近日，美國科學院院刊PNAS刊發(fā)了北京大學應用物理與技術(shù)研究中心王前教授課題組及其合作者題為Stable Three-Dimensional Metallic Carbon Phases with Interlocking Hexagons 的研究論文，報導了他們在金屬碳材料領(lǐng)域的最新成果（http://www.pnas.org/content/early/2013/10/31/1311028110.full.pdf+html)。
　　
　　從古老的石墨、金剛石到當下納米科學技術(shù)的明星材料富勒烯、碳納米管和石墨烯，碳由于其獨特的物理和化學性質(zhì)一直備受科學家關(guān)注。1996年的諾貝爾化學獎授予給了發(fā)現(xiàn)C60的科學家，2010的諾貝爾物理獎授予給了研究石墨烯的科學家。因此，在新材料的研究中，碳材料充當著領(lǐng)頭羊的角色。金屬碳是當前碳材料研究的熱點之一：一維碳納米管的金屬性依賴于其手征性且實驗中難以實現(xiàn)可控生長和分離；二維的石墨烯因其費米面處的電子態(tài)密度為零只能表現(xiàn)出半金屬性，三維的金剛石則是半導體。設(shè)計與合成穩(wěn)定的三維金屬碳材料是科學家們的夙愿。此前日本科學家提出的K4結(jié)構(gòu)和英國科學家提出的簡單立方結(jié)構(gòu)的金屬碳都被證實無法在常溫常壓下穩(wěn)定存在。
　　
　　王前課題組及其合作者通過分析實現(xiàn)金屬碳所需的條件，以碳的六元環(huán)為結(jié)構(gòu)基元，設(shè)計出了相互嵌套的三維碳結(jié)構(gòu)，并通過基于理論的深入研究，證明了由這種結(jié)構(gòu)單元的奇妙組合所構(gòu)成的三維碳結(jié)構(gòu)不僅能在常溫常壓下穩(wěn)定存在，而且表現(xiàn)出金屬性。這種三維金屬碳，由于其費米面處的電子態(tài)密度高，且具有納米多孔性，可能表現(xiàn)出新奇的催化特性，并且還可能具有負微分阻抗、磁性和超導性等奇特物理特性，在許多領(lǐng)域都具有廣闊的應用前景。這一發(fā)現(xiàn)將極大地豐富人們對碳材料的特性的認識并拓寬其應用領(lǐng)域。美國科學新聞、物理新聞以及科技日報、中國科技網(wǎng)、中國科學院網(wǎng)等諸多科學媒體對該研究進行了報道；“PNAS”和“The New York Times” 的科學記者對王前教授進行了專訪， 并在PNAS的主頁上發(fā)表了評述。
　　
　　《科技日報》在11月8號頭版的“總編輯卷點”評述說：“從最硬到最軟，從絕緣體到導體，從全吸光到全透光，各種類型碳材料所具有的性質(zhì)幾乎囊括了地球上所有物質(zhì)的特性，極大地推動了航空航天、能源、交通、化工等領(lǐng)域的快速發(fā)展。碳納米管使太空電梯有望成真，石墨烯使超級計算機可以放進口袋，核石墨則可成為核電站的安全衛(wèi)士，從科學家們對碳納米管、石墨烯、核石墨等碳材料的未來暢想中，人們看到了激動人心的前景，而如今的三維金屬碳，應該會更有過之而無不及”。
　　
　　該論文的第一作者為北京大學應用物理與技術(shù)研究中心博士研究生張順洪, 通訊作者為王前教授。合作者包括弗吉亞聯(lián)邦大學物理系的Jena教授，中國科學院上海技術(shù)物理研究所陳效雙研究員。該研究得到國家自然科學基金委、973項目及紅外物理國家重點實驗室的資助。