二维碳同素异形体
碳元素有许多存在形式，如金刚石，石墨，石墨烯，碳纳米管等。其中，石墨烯 (图2A，Graphene ) 是最奇特碳同素异形体之一。石墨烯具有单原子层厚度，是迄今为止已知最薄的材料；由于其多种奇特性质被广泛应用于各个领域。在石墨烯中，每一个碳原子与相邻的三个碳原子相连，形成六边形蜂窝状网格结构。理论研究预测，碳原子通过这个方法也可以排列成其他的具有非六边形的平面网格图案（例如图2A，Pentaheptite）。但具有这一类网格结构的二维碳同素异形体一直未曾被实现，其是否可以稳定存在一直是一个疑问。
图1. “联苯烯网络”的结构模型（上半部分）及AFM图像（下半部分）。
成果简介
近日，国际顶尖期刊《Science》报导了德国马尔堡大学的Michael Gottfried和芬兰阿尔托大学的Peter Liljeroth课题组合作发现的新型 “联苯烯网络” 碳同素异形体。其中范其瑭、闫凌昊两位中国博士后为该论文的共同第一作者。“联苯烯网络”具有类似石墨烯的单原子层结构。不同之处在于，其碳原子形成四、六、八边形碳环，而石墨烯只含有六边形碳环。研究人员通过超高真空扫描隧道显微学方法确定了这种新型二维碳的奇特结构，并发现“联苯烯网络”呈金属性，这与半金属态的石墨烯具有截然不同电学特性。
该工作首次实现此类石墨烯异构体的主要突破在于找到了一种层级表面反应方法，在六边形碳环之间可控形成周期排列的四、八边形碳环。研究人员首先采用表面乌尔曼反应形成了氟原子修饰的聚亚苯基一维链。随后进行第二步去氟化氢表面融合反应形成二维的“联苯烯网络”。该反应过程整体在超高真空中的Au(111) 单晶表面上进行。此类新型的表面层级化学反应方法可用来实现更多其他新型的二维碳同素异形体。
图2. (A) 石墨烯、(5-7)碳网络、“联苯烯网络”的结构图。(B) 前人溶液法合成“联苯烯网络”的尝试。(C) 该工作的层级表面反应路径图。
图3. 两步聚合法合成“联苯烯网络”
图4. 电学特性
参考文献：
Qitang Fan，Linghao Yan et al. Biphenylene network: A nonbenzenoid carbon allotrope. Science 2021, 372, 852-856.
DOI: 10.1126/science.abg4509
https://science.sciencemag.org/content/372/6544/852
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