科學家計算并證明T-碳，開啟了碳結構研究的新紀元

T-碳將會在光催化、吸附、儲能、航空航天材料等領域擁有廣泛的應用前景。

碳原子既可以構成世界最軟的物質石墨，也可以構成最堅硬的物質金剛石。最近，在碳原子的研究上，中科院蘇剛教授等人通過理論計算出三維碳結構T-碳（T-carbon），隨后，中外科學家團隊共同合成了T-碳，使T-碳正式成為碳家族的新成員。

碳原子周圍有四個電子，發生軌道雜化（原有一些能量較近的原子軌道重新組合成新的原子軌道）后，它的穩定結構就會被打破，然后具有很強的與自身及其他元素相結合的能力。

如，碳元素可以形成sp2雜化的石墨烯、形成sp3雜化的金剛石，還有sp-sp2雜化的石墨炔和sp-sp3雜化的金剛石炔。對此，蘇剛解釋道：“化學上，碳可以與其他元素結合在一起，組成包括DNA、蛋白質和其他重要的生物大分子，正是這一特性，碳才成為地球上組成生命的最基本元素之一。”

關于這一新物質的發現，蘇剛表示，他們是基于大量的對比研究后提出這一猜想的：如果將立方金剛石中的每個碳原子用一個由四個碳原子組成的正四面體結構單元取代，將會形成碳的一種新型三維立方晶體結構。

隨后，研究團隊基于密度泛函的第一性原理對此進行深入的研究，計算結果發現這種結構在幾何、能量以及動力學方面都是極其穩定的，于是他們將這種碳的新型同素異形體命名為T-carbon。

今年年初，西安交通大學和新加坡南洋理工大學的聯合研究團隊通過皮秒激光照射懸浮在甲醇溶液中的多壁碳納米管，在極端偏離熱力學平衡態的條件下，成功地實現了從sp2到sp3化學鍵的轉變，其形成的新型碳材料與理論預測的T-碳完全一致，證明合成了T-碳。

研究表明，T-碳具有與金剛石相同的空間群，是一個具有直接帶隙的半導體，可通過摻雜來調控帶隙以適用于光催化，此外，其密度非常小，約為石墨的2/3、金剛石的一半。

其中，蘇剛指出，通過計算，T-碳可能在負壓環境下更易形成，且它極有可能存在于宇宙星際塵?；蛱栂低庑行侵?。

對于這一發現，業內專家給出了極高的評價：“T-碳開啟了碳結構研究的新紀元，將激發其他科學家進行廣泛的理論和實驗研究。”

關于這一技術的應用，蘇剛表示：“T-碳是一種蓬松的碳材料，內部有很大的可利用空間，如果用作儲能材料，其儲氫能力重量百分比不低于7.7%。此外，T-碳將會在光催化、吸附、儲能、航空航天材料等領域擁有廣泛的應用前景。”

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