原標題：碳材料家族新增了兩個成員。
同濟大學材料科學與工程學院徐偉教授團隊通過對兩種分子的“麻醉”和“手術”，首次成功合成了由10或14個碳原子組成的環形純碳分子材料，為碳材料家族增添了兩個新成員。 近日，國際學術期刊《自然**》發表了這一科研成果。 本研究成功精確合成了芳香環碳C10和C14兩種新型碳分子材料（碳同素異形體），並對其化學結構進行了精細的表徵。 這兩種合成的新型碳結構有望用於未來的分子電子器件。
碳是一種常見的非金屬元素，碳材料在自然界中以多種形式存在，其具體的外在表現取決於每個碳原子周圍鍵合的原子數。 當每個碳原子僅與周圍的兩個原子鍵合時，形成環形純碳分子（即環形碳，CN）。 環狀碳在自然界中不是天然存在的，合成合成極具挑戰性。 此外，關於每個碳原子和兩個周圍原子在環形碳中形成鍵的方式一直存在爭議。 許多團隊試圖合成環狀碳，但沒有成功，一些氣相實驗顯示出環狀碳的跡象，但很難分離和純化環狀碳並進一步表徵其結構。
直到 2019 年，IBM 實驗室和牛津大學的乙個研究團隊製備了一種單環碳 C18，並首次通過實驗驗證了 C18 是一種具有單鍵和三鍵交替的聚炔烴結構。 然而，環狀碳是乙個大家族，合成較小的環狀碳更具挑戰性。 此外，它們的結構和穩定性仍然難以捉摸。 理論上認為，C10是環狀（CN，N10）碳結構和線性（CN，N<10）碳結構的分界點，也是最大的芳香族累積烯烴環狀碳。 C14 是從累積烯烴 C10 型到聚炔烴 C18 型的佩伊斯相。 因此，研究C10和C14的結構和穩定性具有重要意義。 只有準確合成碳材料家族的這兩個新成員，才能精細地表徵它們的結構。
在這項研究中，該團隊採用了一種不同於C18的環狀碳作為前驅體的合成路線，並創新性地設計了全滷萘（C10Cl8）和蒽（C14Cl10）兩種前驅體分子。 研究小組將這兩種分子放在氯化鈉的“手術台”膜上，並對其進行“麻醉”——用液氦冷凍。 然後，以STM針尖為“手術刀”進行“操作”（原子調控），誘導兩個分子完全脫滷，並伴有反向Bergmann開環反應，最終在氯化鈉膜表面成功合成了兩個芳香環碳C10和C14。 研究發現，與C18的聚炔結構不同，C10和C14均具有累積烯烴結構。
通過進一步的理論計算，研究小組發現，碳材料家族的兩個新成員並不具有完全相同的性質。 C10 根本沒有鍵長交替，而 C14 作為從累積烯烴型 C10 到聚炔烴型 C18 的過渡態，具有非常小的鍵長交替，無法通過實驗區分。
徐偉表示，這項工作推動了環碳領域的研究，所提出的表面合成策略有望成為合成一系列環狀碳的通用方法。 同時，合成的環碳有望發展成為一種新的半導體材料，在分子電子器件中具有廣闊的應用前景。 記者 王春.
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