马克斯·普朗克聚合物研究所Nature: 从纳米石墨烯自下而上合成分子纳米金刚石

2026年5月26日，Nature在线发表了马克斯·普朗克聚合物研究所Tanja Weil和Yingke Wu课题组的研究论文，题目为《Bottom-Up Synthesis of Molecular Nanodiamond from Nanographene》。

含有色心的纳米金刚石是量子技术中很有前景的构建模块，能够推动量子计算、纳米尺度核磁共振波谱、单自旋磁测量、宽场量子成像以及单光子源等领域的进展。然而，受控自下而上合成超小且结构均匀的纳米金刚石一直是一个重大挑战，现有方法制备出的材料在尺寸、形貌、杂质含量和缺陷质量方面存在差异。

在此研究中，作者展示了结构明确的氢封端分子纳米石墨烯可作为化学限域的前驱体，通过高压高温合成方法制备出超小（3–4纳米）、单分散且高度结晶的分子纳米金刚石（m-NDs）。这些分子纳米金刚石仅具有单一sp²表面重构，并且可以以毫克级规模产出。同一自下而上的平台还支持在合成过程中采用双组分策略来掺入硅基和锗基色心，无需离子注入、辐照或后处理即可产生SiV^–和GeV^–发光体。

由于纳米石墨烯前驱体同时限定了碳骨架结构和氢含量，该方法从前驱体层面就能从根本上对纳米金刚石的尺寸和组成进行控制，尤其是在与生物及量子传感相关的几个纳米尺度范围内。因此，分子纳米石墨烯（即超大尺寸的多环芳烃）为制备高质量的分子及荧光纳米金刚石开辟了一条可规模化、模块化的路径，并为设计特定的量子材料和纳米器件提供了通用的设计原则。

图1 石墨和纳米石墨烯前驱体在高压高温条件下的不同行为

论文链接

Liang, J., Ender, C.P., Forero-Martinez, N.C. et al. Bottom-Up Synthesis of Molecular Nanodiamond from Nanographene. Nature, 2026. https://doi.org/10.1038/s41586-026-10669-3

投稿日期：2025年04月07日

接收日期：2026年05月15日