重大突破!科学家发现新型原子级碳材料 储锂性能优于石墨烯

2021-05-31 68 行业资讯

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,碳以各种形式存在。除了钻石和石墨,最近还发现了一些具有惊人性质的形式。例如石墨烯,它只有一个原子层的厚度,是已知材料中最薄的,它独特的特性使其成为未来电子和高科技工程等应用领域中令人极其兴奋的候选材料。

在石墨烯中,每个碳原子都与三个相邻的碳原子相连,形成六角形的蜂窝状网络。理论研究表明,碳原子也可以排列成其他平面网状结构,同时仍然与三个相邻碳原子结合,但迄今为止,这些预测的网状结构都没有真正实现。

近期,德国马尔堡大学和芬兰阿尔托大学的研究人员发现了一种新的碳网络:它在原子分布上像石墨烯一样薄,但由正方形、六边形和八边形组成一个有序的晶格。他们使用高分辨率扫描探针显微镜确认了该网络的独特结构,并有趣地发现其电子特性与石墨烯非常不同。

image.png

与石墨烯和其他形式的碳相比,这种名为联苯烯网络(Biphenylene network)的新材料具有金属性质。只有21个原子宽的窄带网络已经表现得像金属了,意味着导电性能较强,而石墨烯在这种尺寸下只是一种半导体。

“这些条纹可以在未来的碳基电子设备中用作导电线。”马尔堡大学Michael Gottfried教授说,他领导的团队提出了这一想法。

该研究的主要作者,来自马尔堡大学的Qitang Fan教授继续说,“这种新型碳网络也可以作为锂离子电池的优越负极材料,与目前的石墨烯基材料相比,具有更大的储锂能力。”

阿尔托大学的研究小组帮助对该材料进行成像,并破译了它的属性。Peter Liljeroth教授的小组进行了显示该材料结构的高分辨率显微镜检查,而Adam Foster教授领导的研究人员则利用计算机模拟和分析来了解该材料令人兴奋的电学特性。

据了解,这种新材料是通过将含碳分子组装在极其光滑的黄金表面而制成的。这些分子首先形成链,由相连的六边形组成,随后的反应将这些链连接在一起形成方形和八边形。

这些链的一个重要特征是它们是手性的,这意味着它们以两种镜像类型存在,就像左手和右手。只有相同类型的链在金表面聚集,形成有序的组合,然后再连接。这对于新碳材料的形成至关重要,因为两种不同类型的碳链之间的反应只能生成石墨烯。

在阿尔托大学进行高分辨率显微镜实验的Linghao Yan解释说:“新的想法是利用分子前体进行调整,生成联苯烯而不是石墨烯。”

目前,研究小组正在努力生产更大的材料薄片,以便进一步探索其应用潜力。然而,Liljeroth教授指出,“我们相信这种新的合成方法将导致发现其他新的碳网络”。


转自 石墨盟