1998年至2009年的10多年间
中国科学院化学研究所研究员李玉良
带领科研团队
在世界上首次通过合成化学的方法
大规模制备出石墨炔
为碳材料家族增添了新成员
中国科学家
在这一全球科技前沿领域有了一席之地
李玉良的体会是
相比起基础研究坐冷板凳的辛苦
更担心陷入一种苦恼：
短短几十年的科研生涯
只能跟在人家后面做研究
▲李玉良指导学生开展科研。
1985年，英美科学家意外发现富勒烯 ( C 60 )
除了石墨和金刚石之外
这是碳的第三种「同素异形体」
全世界为之轰动
在中国科学院化学研究所的实验室里
富勒烯研究进展也曾是大家参与度最高的话题
20世纪90年代
李玉良萌生出一个大胆的想法
有没有可能做出一种中国人自己的碳材料，
抢占新结构碳材料研究的先机？
通过合成化学方法获得新结构的全碳材料
在国际上并无先例
1998年开始
李玉良带着七八个人的小团队边干边探索
陆续尝试了多种方法
却发现这些方法很难获得想要的目标产物
科研人员在显微镜视野下
只能看到黑乎乎的一片
「没有高分辨表征手段
我们就没办法证明自己是对的」
碳的原子结构尺寸在0.1纳米的数量级
当时的电子显微镜分辨率远远达不到这个水平
落后的表征技术
成为他们进行结构解析难以跨越的屏障
化学合成的结果就像一个个拆不开的「盲盒」
碳原子的最外层有4个电子
碳原子有三种杂化方式
包括sp3、sp2和sp
具有sp2、sp3杂化的碳材料已经存在
唯独sp杂化的碳材料在自然界中并不存在
「具有sp杂化的碳材料
碳原子排布结构应该是什么样的？」
既然「看」不清，李玉良就想
他在脑海里无数次地「画」出碳原子排布的模型
推演化学反应如何能产生合适的化学键
形成这样的结构
一次由物理学家发起的学术会议
给李玉良带来了启发
物理学家们脑洞大开地提出
将C 60 打开形成平面结构
他回到实验室很快投入了实验工作
▲石墨炔粉末和石墨炔大面积薄膜实物及实验室研制宏量合成石墨炔装置。
然而，几个月后实验宣告失败
他们采用传统的化学方法
合成到十几个碳原子时
由于表面张力太大，合成过程失控
所幸曲折的经历没有击垮整个团队的信心
他们没有急于出结果
而是不断在理论和实验中积累「经验值」
他们尝试突破传统和模式化
开辟新方向
把「合成化学」和「纳米技术」结合起来
这项工作的目标
是让有机分子中的碳原子「自己」「裸露」出来
有序地「生长」成二维全碳网络结构
▲石墨炔多层结构。
与此同时
高分辨电子显微镜和先进光谱测试仪器出现
推动了碳材料表征技术的快速发展
科研人员迎来了绝佳的机会
他们终于能直接「看清」实验产物了！
功夫不负有心人
2004年8月
李玉良团队的实验终于迎来转机
他们首次获得了
具有sp杂化的聚丁二炔纳米线阵列
电镜下清晰的丁二炔结构表征
成为团队通向全新碳材料之路上的「灯塔」
为后续合成石墨炔奠定了基础
▲石墨炔在高分辨率电镜下的成像。
「出来了！」
2009年春天里的一天
位于化学所3号楼的实验室里
一台高分辨电镜的显示屏上
碳原子以一种从未出现过的排列方式展现出来
学生们兴奋地将这个好消息告诉了李玉良
李玉良在课题组的组会上难掩内心的激动之情
「‘石墨炔’已经诞生！
以后我们课题组再也不用跟着做别人的材料了
我们一定要倍加珍惜做好我们自己的碳材料！」
这标志着中国科学家在国际上首次
通过合成化学方法
成功获得新的碳同素异形体
石墨炔这种自然界不存在的物质
第一次真实地呈现在人类面前
对此， 诺贝尔奖得主安德烈·盖姆高度评价
「石墨炔是过去两三年我一直渴望寻找的
最完美的材料」
▲
石墨炔粉末。（本文均为受访者供图）
此后，他们成功实现了
石墨炔大面积、规模化制备
在10多年潜心研究的基础上
提出了一系列概念
拓展了化学、材料等领域研究的发展空间
这些原创性研究
引领国际上众多科学家积极参与
推动了碳材料科学的发展
为碳材料研究带来了难得的机遇
他们实现了为「中国牌」碳材料代言的目标！
不甘跟在人家后面做研究的学术志向
宁愿坐「冷板凳」
也要瞄准「制高点」的科研精神
让李玉良团队创制了石墨炔这一全新材料
在碳材料的探索之路上
这种志向和精神依然激励着研究团队
向着新的「制高点」不断前行！
来源：中国科学报
责任编辑：宋同舟
