两院士助阵，化学所郑健最新Nature：“分子足球”产生新型二维材料！

【引言】

二维（2D）碳材料如石墨烯等，其自身共轭碳网络结构中所具有的独特π-电子系统会产生优异的载流子输运特性，因此持续引发着人们的高度关注。在这其中，为了补充零带隙石墨烯，材料科学家已经投入了大量精力来探索和研究2D碳材料。然而，直到如今，制备具有中等带隙（moderate bandgap）的大尺寸单晶二维碳材料仍然是一个重大挑战。

【成果简介】

有鉴于此，中科院化学所的郑健（通讯作者）等人通过层间断键策略制备了一种大尺寸的单晶二维碳材料，即单层准六方相富勒烯（qHPC₆₀）。在这种单层聚合物C₆₀中，C₆₀的簇笼可在一个平面上相互共价结合，从而形成一种与传统2D材料截然不同的规则拓扑结构。研究显示，这一单层聚合物C₆₀具有较高的结晶度和良好的热力学稳定性，同时电子能带结构测量发现其传输带隙约为1.6 电子伏特。此外，不对称晶格结构还可赋予单层聚合物C₆₀显著的面内各向异性特性，包括各向异性声子模式和电导率。因此，研究认为这种具有中等带隙和独特拓扑结构的二维碳材料为进一步开发二维电子器件的应用潜力提供了极具吸引力的平台。中科院化学所的Lingxiang Hou为第一作者，朱道本和刘云圻两位院士也参与了本项工作，2022年6月15日，相关成果以题为“Synthesis of a monolayer fullerene network”的文章发表在Nature上。

【图文导读】

图1 单晶XRD测定qHP C₆₀和qTP C₆₀的晶体结构

图2 单层qHP C₆₀和少层qTP C₆₀

图3 qHP C₆₀的拉曼谱学表征及其能带结构

图4 qHP C₆₀的各向异性特性

【结论】

综上所述，作者成功地制备了稳定的单分子层结晶聚合物C₆₀，其具有周期性排列的团簇拓扑结构。单层qHP-C₆₀的非对称晶格结构导致了明显的面内各向异性性质，如双重对称的各向异性电导率等。而该单层聚合物C₆₀的中等带隙约为1.6 eV，可桥接半金属石墨烯和宽禁带富勒烯材料，从而展现出了作为2D光电器件材料的潜力。最后，作者还期望对单层聚合物C₆₀的研究可为探索具有独特拓扑结构和性质的二维碳材料激发新的视角。

文献链接：Synthesis of a monolayer fullerene network（Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04771-5）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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