石墨烯合成迎新進展

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所的科研團隊與瑞士巴塞爾大學、奧地利薩爾茨堡大學的學者攜手，在富勒烯（C60）的研究上取得了重大進展，成功揭示了富勒烯如何轉化為石墨烯（一種由單層碳原子組成的二維材料，具有優異電學和力學性能）的關鍵過程，相關論文發表于《德國應用化學（Angewandte Chemie）》。

　　富勒烯因其獨特性質在光電、催化和潤滑領域備受矚目，但在金屬表面如鉑Pt、鎳Ni上，它很難形成有序結構，這給相關材料的開發帶來了挑戰。如何捕捉富勒烯聚合過程中的關鍵中間體并實現其可控轉化，一直是科學家們努力攻克的難題。

　　研究團隊采用了一種創新方法：結合原位熱退火技術和非接觸原子力顯微技術，在鉑金屬表面首次成功“捕捉”到了穩定的富勒烯二聚體，即兩個富勒烯分子結合形成的結構，并清晰展示了這種二聚體如何一步步變成石墨烯量子點，最終形成更大尺寸的石墨烯片的全過程。

　　具體來說，當溫度升至800開爾文時，位于富勒烯分子“島嶼”邊緣的低配位分子會脫離出來，這些分子之間會發生化學鍵合反應，形成啞鈴狀的富勒烯二聚體。通過先進的顯微技術，研究團隊直接觀察到了這種二聚體的精細結構——它由兩個直徑約1.1納米的富勒烯單元組成。理論計算進一步揭示，鉑金屬表面的特殊性質使得這種二聚體比單獨存在的富勒烯分子更加穩定。

　　當溫度繼續升至900開爾文時，這些二聚體會打開碳籠結構，形成石墨烯量子點，并最終融合成面積達數十平方納米、具有特定超晶格結構的石墨烯片。研究發現，富勒烯在鉑表面形成二聚體的能量閾值遠低于其直接分解的閾值，這解釋了為何在鉑表面能形成穩定的二聚體，而在金或銅等金屬表面則不能。

　　這項研究成果通過揭示金屬鉑表面富勒烯分子熱演化中二聚體中間態的形成機制與穩定性，為開發新型碳基功能材料提供了關鍵路徑：在合成領域，表面隔離的富勒烯二聚體可作為高活性前驅體，直接用于構建光電器件所需的二維共價網絡;在潤滑領域，二聚體憑借納米尺度與擴散穩定性，有望成為新一代智能潤滑添加劑，通過優化界面分布平衡高承載與低摩擦的需求;同時，該表面誘導策略為調控其他碳簇，如富勒烯聚合物的定點組裝提供了普適模板，推動其在量子器件與能源材料中的實用化。