碳納米材料得益于多種結(jié)構(gòu)單元和不同的物理化學(xué)性質(zhì)，在光催化和光伏等未來(lái)能源領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。近期，二維富勒烯的成功制備為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供了新的機(jī)遇 [Hou et al. Nature 606, 507 (2022); Meirzadeh et al. Nature 613, 71 (2023)]，因?yàn)閱螌痈焕障┛梢院推渌S材料形成各種異質(zhì)結(jié)，從而進(jìn)一步提高光催化或光伏中的能量轉(zhuǎn)換效率。2022年10月，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室青年研究員彭博在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society, JACS) 發(fā)表獨(dú)立作者論文，理論預(yù)測(cè)了單層富勒烯能夠作為催化劑在光照下分解水產(chǎn)生氫能，而氫氣燃燒后的唯一產(chǎn)物是水，可以作為清潔能源減少全球碳排放。然而，迄今為止還沒(méi)有工作研究單層富勒烯可以在哪些外界環(huán)境下保持穩(wěn)定，而穩(wěn)定性是化學(xué)催化和綠色能源等潛在應(yīng)用的重要前提。
近期，劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室青年研究員彭博再次通過(guò)第一性原理計(jì)算，研究了單層富勒烯結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性、動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性。不同于以往研究的預(yù)測(cè)，該研究發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)四邊形 (qTP) 單層富勒烯很難同時(shí)保證每一種穩(wěn)定性，很可能在熱漲落、晶格振動(dòng)、熱膨脹、外界形變和壓力下演化成一維C60鏈甚至零維的孤立C60分子，而準(zhǔn)六邊形 (qHP) 單層富勒烯因?yàn)閾碛懈艿墓矁r(jià)鍵連接相鄰的C60單元，在力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上更穩(wěn)定，從而首先在實(shí)驗(yàn)上被制備并觀察到。相關(guān)工作于2023年1月11日發(fā)表在《納米快報(bào)》（Nano Letters）上。
論文鏈接：
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
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