多年来,双方强强联合,在多个领域取得优异成绩。其中,石墨炔系列新材料由中国学者率先合成、自主研发,是地地道道的“中国牌”碳材料。
上世纪90年代,化学所有机固体实验室在中国科学院院士朱道本带领下开展碳材料富勒烯研究。碳元素在sp3、sp2和sp三种杂化态下形成的不同同素异形体中,唯独sp杂化的碳材料仍然停留在理论上,真实世界中并不存在。因其特殊的电荷分布特点,这类碳材料有可能成为新一代电子、光电器件及催化的关键材料。
2010年,英国科学家因通过物理方法获得单层石墨烯获得诺贝尔物理学奖。同一年,化学所研究员李玉良带领课题组创造性地采用化学合成的方法,利用六炔基苯在铜片表面的催化作用下发生偶联反应,成功地在铜片表面合成出石墨炔薄膜。这是世界上首次通过化学方法获得的全碳材料,开辟了人工化学合成碳同素异形体的先河。
随后,北大化学学院教授张锦课题组在此基础上发展出石墨炔纳米墙阵列以及其他不同聚集态的石墨炔。北大化学学院教授甘良兵则带领课题组围绕富勒烯的化学转化开展深入细致的研究。长达10年的时间里,分子科学中心的科研人员不仅创造出碳材料家族的新成员,还齐心协力不断开创石墨炔领域标杆性的成果,引领这一领域的科学前沿。
据李玉良介绍,近期,研究团队首次提出了一种制备原子催化剂的新策略,并成功制得了锚定于石墨炔表面相互独立的零价镍/铁原子催化剂。通过电化学还原,这种原子催化剂能将氮气或水高选择性、高效率地转化为氨或氢气,这为解决不断加剧的能源和环境问题带来了巨大的希望。
李玉良和他的“小伙伴”相信,作为具有中国自主知识产权的新材料,石墨炔将在新型碳材料的基础研究及未来应用上开辟新世界。