YIMING HU/NATURE SYNTHESIS

這種新的碳同素異形體是首次批量生產的，而半導體石墨烯不是。

自18年前石墨烯被發現并于2010年獲得諾貝爾物理學獎以來，這種多功能材料已經被研究了數百種應用。其中包括強力復合材料、高容量電池電極、用于顯示器和太陽能電池的透明導電涂層、超小型和超快晶體管以及可打印電子產品。

盡管石墨烯正憑借其特點還在進入運動設備和汽車輪胎領域，但其備受推崇的電子應用卻進展緩慢。一個原因是大塊石墨烯不是半導體。為了使其半導體化（這對晶體管至關重要），必須以具有適當尺寸比的納米帶的形式生產。

還有另一種與石墨烯有關的一維形式的碳，科學家們早在1987年就首次預測到了，這是一種不需要切割成特定形狀和尺寸的半導體。但事實證明，這種叫做graphyne（石墨炔）的材料幾乎不可能制造出超過微觀數量的產品。

現在，科羅拉多大學博爾德分校的研究人員報告了一種批量生產石墨炔的方法。科羅拉多大學博爾德分校化學教授Wei Zhang說：“通過使用我們的方法，我們可以制作散裝粉末樣品。我們發現了由20到30層組成的多層石墨片。我們很有信心可以使用不同的剝脫方法來收集幾層甚至只是一層。”

石墨、金剛石、富勒烯和石墨烯都是碳同素異形體，它們的不同性質來自于它們的碳原子之間多種類型的鍵的組合和排列。因此，雖然金剛石中碳原子的三維立方晶格使其異常堅硬，但石墨烯中六角形晶格中的單層碳原子使其具有極強的導電性。

石墨炔類似于石墨烯，因為它是一層原子厚的碳原子。但它可以取代六角形晶格，采用不同的結構，即碳原子之間通過三鍵連接的間隔環。

這種材料獨特的導電、半導體和光學特性使其在電子應用方面比石墨烯更令人興奮。理論上，石墨炔的固有電子遷移率可能比石墨烯高50%。在一些石墨炔中，電子只能在一個方向上傳導。該材料還具有其他激發特性，如離子遷移率，這對電池電極很重要。

中國青島科技大學的Zhang，Yingjie Zhao和他們的同事用一種叫做炔烴復分解（alkyne metathesis）的方法制造了石墨。這是一種由催化劑引發的有機反應，在這種反應中，碳氫化合物分子中碳原子之間的化學鍵可以斷裂并重組，以達到更穩定的結構。

這一過程復雜而緩慢。但它能產生足夠的石墨炔，使科學家能夠深入研究這種材料的特性，并評估其潛在應用。Zhang說：“至少需要幾年的時間才能對這些材料有一些基本的了解。然后，它將處于良好狀態，以便人們將其提升到更高的水平，即針對特定的半導體或電池應用。”

他和他的同事計劃研究如何大量生產這種材料。他說，能夠使用基于溶液的化學反應對于在工業相關規模上制造石墨炔至關重要。

不過，這只是石墨炔研究的開始，就目前而言，能夠制造出足夠數量的這種long-hypothesized材料是令人興奮的第一步。Zhang表示：“20世紀80年代發現了富勒烯，90年代初發現了納米管，2004年發現了石墨烯。從發現一種新的碳同素異形體到深入研究再到首次應用，所用的時間已經越來越短。我已經接到世界各地風險投資家的電話。但我告訴他們，現在還有點早。”

原文標題：為什么石墨炔不是石墨烯2.0

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