中國科學院化學研究所研究員鄭健團隊以富勒烯為基本單位，運用巧妙的實驗方法，創制出一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合碳60，并得到了確定的晶體價鍵結構。這種新材料在常壓下通過簡單的反應條件即可制備，未來有望應用于半導體、超導、量子計算等領域。6月16日，相關研究成果刊發在《自然》雜志。
同一種元素構成的物質，由于原子排列不同，會展現出不同的物理、化學性質，即同素異形體。碳元素可與包括自身在內的幾乎所有元素形成結構豐富的碳網絡，金剛石、石墨、富勒烯、石墨烯、石墨炔等，都是碳的同素異形體。
“碳是*多樣神奇的材料，它可以從*軟到*硬，從絕緣到超導，蘊含著無限可能�！编嵔≌f，探索新的碳材料一直是材料化學的經典挑戰，此前，科學家大多以碳原子為基本單位，進行碳材料的平面結構構筑。而使用被稱為“人造原子”的納米團簇來“蓋大樓”，構筑出更*的二維拓撲結構，一直未能實現。
鄭健的目標便是突破這一難題。讀研究生時，鄭健就參與了石墨烯的科研工作，“當時能接觸到的所有碳材料都是國外的，我就在想，什么時候能做一個我們自己的材料”。于是，他將目光放在了碳原子的納米團簇之一——富勒烯，希望將其作為“磚塊”，創造出新的碳材料。
“一個富勒烯上有60個碳原子，整體是個足球的形狀，所以也叫‘足球烯’。在制備新材料的過程中，要讓每個碳原子按我們的意志乖乖‘聽話’，實現大范圍的連接，是個很大的挑戰�！闭勂鹧邪l過程，鄭健說，僅是方案的構思和探索，團隊就用了5年時間。一個“磚塊”放錯位置，或一處共價鍵連接有誤，整體的結構就會變為無序狀態。
傳統的“壘磚塊”、表面催化等方法都行不通，科研團隊便發揮想象力，運用“迂回戰術”，先在晶體制備過程中摻入離子，聚合后再去掉離子，終于得到了結構穩定的新材料。這種方法在常壓下使用簡單的反應條件即可完成，鄭健和團隊進行了上百次單晶結構測試，得到了確鑿的結構，摸索出有效參數，終于做出了我國原創的新型碳材料——單層二維聚合碳60單晶，并確認了它在原子層面的連接方式。
這是繼石墨烯、石墨炔后又一種穩定的碳材料，已實現常溫穩定保存2年以上，在超過300攝氏度的高溫下仍能穩定存在。新材料的帶隙與單晶硅接近，未來有望用作半導體材料，其獨特的共軛碳結構、巨大的晶格，在超導、量子計算、信息及能量存儲等領域也具有潛在的應用價值。
