碳是一種很常見的非
金屬元素，它以多種形式廣泛存在于大氣和地殼和生物之中，是構成生物的基本元素之一。與此同時碳還是一種非常“多變”的元素，即便沒有其他元素參與，它的家族中依舊存在許多特殊的“成員”。他們之中，有的堅固無比，被包裝成愛情的象征，有的又薄如蟬翼，構建起美妙的數字世界；還有的柔軟細膩，在紙上揮灑著文采……而直至今日，碳的家族仍舊在不斷擴張。
近日，同濟大學材料科學與工程學院科研團隊成功合成了分別由10個或14個碳原子組成的環形純碳分子材料，為碳家族新添兩名未來可期的成員。而相關的成果也已經以論文的形式發表于國際學術期刊《自然》，感興趣的讀者可以去搜索學習，論文題目為《表面合成芳香性環型碳C10和C14》。
什么是環形碳？
碳構成的物質(同素異形體)其特殊特性是其結構決定的，例如鉆石的堅固源于每個碳原子和周圍四個原子成鍵，石墨則是每個碳原子與周圍三個源自成鍵——簡單的說，細微的結構差距都可以讓碳物質的特性天差地別。而環形碳的結構簡單的說就是每個碳原子只和周圍兩個原子成鍵，這種類型的機構具備很高的反應活性，因此很不穩定，自然界也很難存在——這也是為什么人工合成環形碳困難的原因，甚至因此環型碳中每個碳原子和周圍兩個原子的成鍵方式一直還存在爭議，實驗學家和理論學家也爭先恐后的嘗試解決環形碳的穩定系問題。
而目前人們熟知的C18環碳，其實誕生于2019年，當時IBM實驗室與牛津大學研究團隊合作，也能夠實驗驗證了C18為單鍵和三鍵交替的聚炔型結構，但與此同時也證明了想要合成更小的環形碳十分困難。也就在差不多時間，有理論預測C10是環型(n ≥ 10)和線型(n < 10)的分界點，同時也是最大的芳香性累積烯烴型環型碳。這也是為什么同濟大學此次的成果能夠引發學界的熱烈討論。
用“手術”的方式合成“碳”
據悉，這次C10和C14的合成方式采用了全新的思路，團隊先設計了全鹵化萘(C10Cl8)和蒽(C14Cl10)兩種前驅體分子，之后利用液氦4.7K將它們凍住，并利用STM針尖進行原子操縱，誘導兩種分子完全脫鹵并伴隨發生反伯格曼開環反應。此外，在合成的C10和C14上，團隊還發現，新的碳異形體均具有累積烯烴型的結構，其中C10完全沒有鍵長交替，而C14存在一個非常小的鍵長交替。
而從結果上來說，這項研究用實驗的方式合成并表征了C10及C14的結構，為相關環碳研究提供了重要依據。并且在推動環型碳領域的發展的同時，也為
電子器件的發展提供了新的理論基礎——合成環形碳被認為是一種具備潛力的
半導體材料。
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