图 面心立方结构C60分子晶体、C60聚合物晶体和LOPC晶体的形貌、结构特征
在国家自然科学基金项目（批准号：51972299、52003265）等资助下，中国科学技术大学朱彦武教授团队在新型碳基晶体材料方面取得进展。相关研究成果以“基于C60的长程有序多孔碳（Long-range ordered porous carbons produced from C60）”为题，于2023年1月12日发表在《自然》（Nature）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05532-0。
碳原子通过不同轨道杂化方式，形成石墨、金刚石等具有不同性质和应用的碳基晶体；sp2杂化的碳原子通过维度、曲率等变化，可形成富勒烯、纳米碳管和石墨烯等碳基纳米结构，体现出独特性质。碳材料研究领域近年来的诸多进展表明，从富勒烯这一具有明确结构的纳米单元出发，有望得到具有新奇性质和应用潜力的新型碳基晶体材料。然而，在已经报道的制备研究中，产物的产率通常较低且多为混合相，难以获得具有明确结构和可调性质、可用于系统表征及广泛应用探索的碳基晶体。
在前期研究基础上，该研究团队利用氮化锂（α-Li3N）对富勒烯C60分子晶体进行电荷注入，辅助分子间界面结构原子级精度可控转变，在常压条件下和440-600℃范围内将面心立方堆积的C60分子晶体相变为聚合物晶体及LOPC晶体，实现了其克量级制备。在来自东南大学、中国散裂中子源、国家同步辐射实验室、南方科技大学、中国科学院半导体研究所、韩国基础科学研究所等研究团队的合作帮助下，系统地表征了其微观结构、振动谱学特征、精细电子结构和电学性质。研究表明，电荷注入C60分子导致的电偶极矩可在邻近的分子间沿特定方向传递，降低了在反应过程中C60分子间的加成反应势垒；更进一步的反应（更高处理温度、更多电荷注入量、更长反应时间）使得分子间连接部分转变为弯曲的sp2结构，但分子主体位置仍保持良好的长程有序特性，如图所示。
该研究拓展了新型人工碳基晶体材料的结构和性质调控范围，为今后进一步探索多层级、多元化结构的碳晶体材料制备和应用提供了新的思路。