碳材料家族又添 2 位新成員：通過對兩種分子實施 " 麻醉 " 和 " 手術 "，同濟大學科研團隊首次成功合成了分别由 10 個或 14 個碳原子組成的環形純碳分子材料。
11 月 30 日，國際頂級學術期刊《自然》在線發表了同濟大學材料科學與工程學院許維教授團隊的這一最新科研成果，論文題爲 "On-surface synthesis of aromatic cyclocarbon and cyclo [ 14 ] carbon"。這項研究首次成功精準合成了兩種全新的碳分子材料（碳同素異形體），即芳香性環型碳 C10 和 C14，并精細表征了它們的化學結構，這兩種合成的新穎碳結構有望應用于未來的分子電子學器件中。
同濟大學爲論文的唯一完成單位，許維教授爲論文的唯一通訊作者，團隊成員孫魯晔博士和鄭威特聘研究員爲共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金傑出青年科學基金項目的資助。
在本研究中，團隊采用了不同于 C18 的将環狀碳氧化合物作爲前驅體的合成路線，而是創新性地設計了全鹵化萘（C10Cl8）和蒽（C14Cl10）兩種前驅體分子。将這兩種分子放在 " 手術台上 "（氯化鈉薄膜）并将其 " 麻醉 "（液氦 4.7 K 凍住），而後利用 STM 針尖作爲 " 手術刀 " 對其進行 " 手術 "（原子操縱），進而誘導兩種分子完全脫鹵并伴随發生反伯格曼開環（retro-Bergman ring-opening）反應，最終成功地在表面上合成了兩種芳香性環型碳 C10 和 C14。化學鍵分辨的原子力顯微鏡表明，不同于此前 C18 的聚炔型結構，C10 和 C14 均具有累積烯烴型的結構。團隊進一步通過理論計算發現，這 2 位碳材料家族的新成員并非擁有完全一緻的特性，C10 完全沒有鍵長交替，而 C14 作爲從累積烯烴型 C10 到聚炔型 C18 的過渡态，存在一個非常小的鍵長交替（0.05 Å），尚未達到單鍵和三鍵的形式，從實驗上也無法分辨出來。
許維教授表示，這項研究工作極大推動了環型碳領域的發展，提出的表面合成策略有望成爲一種合成系列環型碳的普适性方法。同時，合成的環型碳有望發展成爲新型半導體材料，并在分子電子器件中有着廣闊的應用前景。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06741-x
