碳纳米材料得益于多种结构单元和不同的物理化学性质,在光催化和光伏等未来能源领域具有广阔应用前景。近期,二维富勒烯的成功制备为相关领域的研究提供了新的机遇 [Hou et al. Nature 606, 507 (2022); Meirzadeh et al. Nature 613, 71 (2023)],因为单层富勒烯可以和其他二维材料形成各种异质结,从而进一步提高光催化或光伏中的能量转换效率。2022年10月,剑桥大学卡文迪许实验室青年研究员彭博在《美国化学学会会志》(Journal of the American Chemical Society, JACS) 发表独立作者论文,理论预测了单层富勒烯能够作为催化剂在光照下分解水产生氢能,而氢气燃烧后的唯一产物是水,可以作为清洁能源减少全球碳排放。然而,迄今为止还没有工作研究单层富勒烯可以在哪些外界环境下保持稳定,而稳定性是化学催化和绿色能源等潜在应用的重要前提。
近期,剑桥大学卡文迪许实验室青年研究员彭博再次通过第一性原理计算,研究了单层富勒烯结构的力学稳定性、动力学稳定性和热力学稳定性。不同于以往研究的预测,该研究发现准四边形 (qTP) 单层富勒烯很难同时保证每一种稳定性,很可能在热涨落、晶格振动、热膨胀、外界形变和压力下演化成一维C60链甚至零维的孤立C60分子,而准六边形 (qHP) 单层富勒烯因为拥有更密的共价键连接相邻的C60单元,在力学和动力学上更稳定,从而首先在实验上被制备并观察到。相关工作于2023年1月11日发表在《纳米快报》(Nano Letters)上。
论文链接:
Bo Peng. Stability and Strength of Monolayer Polymeric C60. Nano Letters ASAP (2023).
doi:10.1021/acs.nanolett.2c04497
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c04497
Bo Peng. Monolayer Fullerene Networks as Photocatalysts for Overall Water Splitting. Journal of the American Chemical Society. 144, 19921 (2022).
doi:10.1021/jacs.2c08054
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c08054
- 大连理工大学蹇锡高院士团队《Macromolecules》:兼具高力学强度、动力学稳定性和室温修复性能的聚氨酯弹性体 2024-03-25
- 中科院宁波材料所宋育杰副研究员和哈工大刘明教授《Polym. Chem.》:宽温域力学稳定性邻苯二甲腈树脂 2023-04-25
- 大连理工大学张伟、吴承伟团队《Compos. Part B-Eng.》:胃液诱导的双网络水凝胶用于长期胃滞留 2022-03-21
- 四川大学吴锦荣教授团队《Mater. Horiz.》:通过构筑热力学不稳定性和动力学稳定性实现弹性体修复后变强 2021-07-28
- 山东大学王旭教授课题组:化学养分供给调控高动力学稳定性水凝胶的瞬态修复能力 2020-02-24
- 中科院长春应化所白晨曦研究员团队Green Chem.:糠醛化合物环外C=O键选择性活化合成功能化烯烃单体 2022-02-25
- 华南理工大学唐本忠院士团队秦安军教授等发展了一种产物立体构型可调控的异腈单体聚合反应 2021-12-21