材料科学领域刚刚实现了⼀个耀眼的成就:科学家终于创造出了只有单原⼦厚度的孤⽴⾦箔。这是⾸次利⽤⾦属原⼦制成这样的材料,因为⾦属原⼦通常倾向于聚集成液滴或颗粒,⽽不是沿平⾯铺散开来。相关研究发表在《⾃然·合成》杂志上。这种新的单层⾦属叫做“⾦烯”,制造它的⽅法或许可以“拓展材料的边界”,瑞典林雪平⼤学的材料科学家拉尔斯·胡尔特曼说。
他还补充道,⾦的纳⽶颗粒已经应⽤于电⼦、光⼦学、传感、⽣物医学等诸多领域,让⼈对这种元素特别感兴趣。研究⼈员预计,⾦烯会表现出⼀系列有趣的新特性,就像单原⼦厚度的碳薄⽚材料——⽯墨烯⼀样。
这项新突破建⽴在胡尔特曼和同事之前的⼯作基础上,他们将钛碳化硅的多层薄膜加热到670摄⽒度左右,使⾦原⼦取代材料中的部分硅,从⽽把⾦原⼦嵌⼊到钛碳化硅中。
“好消息是,我们这样做可以得到只有单原⼦厚度的⾦层,”胡尔特曼说,“坏消息是,它们被困在‘宿主晶体’钛碳化硅⾥了。”多年来,胡尔特曼和他的同事⼀直在寻找⽅法,以便去除单原⼦厚度⾦层外围的材料,同时完好保留内部脆弱的⾦箔。最终,⼀种源⾃⽇本、传承上百年的技术给了他们灵感。
这种技术使⽤⼀种名为村上试剂的溶液,以此蚀刻⽇本⼑剑和其他⾦属。
于是,胡尔特曼和同事开始尝试⽤村上试剂来制造单层⾦烯,结果最初的尝试都失败了,除了外围材料,⾥⾯的⾦也不断被溶解。为了找到⽅法,林雪平⼤学的材料科学家柏屋舜将⽬光转向另⼀个“百年智慧”:1905年⼀篇德语⽂章介绍了村上试剂的⼀种成分——光活化氰化物,并表明在⿊暗中使⽤这种试剂可能是成功的关键。在找到这条重要线索后,柏屋舜说,“我⽴刻觉得有了希望,认为或许可以在⿊暗的环境中实现⾦烯的制备。
”他是对的。
最终,这⽀研究团队成功制备出了尺⼨约100纳⽶的孤⽴⾦烯薄⽚。研究⼈员还证实,⾦烯具有⽐普通⾦更⾼的结合能,这⼀性质有助于提⾼⾦烯催化或启动化学反应的能⼒。他们计划进⼀步探究⾦烯的特性,并尝试将他们的⽅法应⽤于其他⾦属。美国德雷塞尔⼤学的材料科学家尤⾥·⼽⼽⻬表示,这项新研究“为开发⼆维⾦属材料以及了解它们的特性提供了⼀个令⼈兴奋的视⻆”。
⼽⼽⻬还补充说,⾦烯“在催化等领域的潜在应⽤是⼀个值得研究的课题”。