▲ 西安交大科研人员首次合成的碳的新型同素异形体。
据西安交大今日通报，该校电气学院科研人员近日在碳素材料研究过程中取得突破，合成了碳的又一个新型同素异形体。
碳是地球上组成生命的最基本元素之一，可以形成sp3、sp2和sp杂化化学键，具有很强的结合能力，可与其他元素结合成不计其数的无机和有机化合物，构成丰富多彩的世界。在自然界，碳一般具有三种同素异形体：石墨、金刚石和无定形碳。
据介绍，结构决定性能这个基本的化学原理在碳素材料中得到了最神奇的体现，改变碳原子之间的连接方式就会得到性能迥然不同的材料——石墨是半金属和柔软的润滑剂；金刚石不导电，是最硬的材料；碳纳米管既可以是半导体，又可以是金属，同时又是强度最高的纤维；与碳纳米管相似，石墨烯集多项看似不相容的性能于一身，是载流子迁移率最高的半导体。从人工合成金刚石，再到碳纳米管和石墨烯，碳科学一直保持在科学研究的前沿。
2011年，科学家通过计算预言了T-carbon（即T型碳，碳的新结构）的可能性，但从来没有人观察到、能够在实验室合成。研究表明，T-carbon一旦在实验上被获得，将会在光催化、吸附、储氢、航空航天材料等领域有着广泛应用。进一步研究显示，T-carbon也有可能在宇宙星际尘埃或太阳系外行星中被观察到。
近日，西安交大电气学院电力设备电气绝缘国家重点实验室“新型储能与能量转换纳米材料研究中心”牛春明千人团队张锦英研究小组，在碳素材料研究过程中取得突破，合成了碳的又一个新型同素异形体。通过皮秒激光照射悬浮在甲醇溶液中的多壁碳纳米管，在这种极端偏离热力学平衡态的条件下，成功地实现了从sp2到sp3化学键的转变，捕捉到了这种亚稳态结构。通过详细的结构研究，发现在瞬间飞秒激光照射下中空的碳纳米管转变为实心的碳纳米棒，碳纳米棒中碳原子之间的连接方式与理论预测的T-carbon完全一致，证明合成了这种结构。该实验的化学反应过程涉及气、液和固态三相，反应机理有待进一步研究。