近日，昆明理工大學材料科學與工程學院蔡金明教授、盧建臣教授團隊在碳原子三種雜化態連續轉變的精準調控研究領域取得了重要進展。相關研究成果以《Visualizing stepwise evolution of carbon hybridization from sp3 to sp2 and to sp》為題發表在《Nature Communications》上。
碳基納米材料的物性深受碳原子雜化方式（spn，其中n=1、2或3）的影響。當前研究已實現了通過改變碳原子雜化狀態來構建和功能化碳材料，但實現碳原子在三種雜化狀態之間的順序轉變仍具挑戰性。在通過傳統濕法化學制備和改性多功能碳基材料的過程中，碳雜化的演變十分普遍。然而，捕獲反應的中間體以及追蹤雜化演變過程面臨著較大的挑戰。
鑒于此，昆明理工大學材料科學與工程學院蔡金明教授和盧建臣教授團隊，借助具有單原子分辨能力的掃描隧道顯微鏡（STM）和具有化學鍵分辨能力的非接觸原子力顯微鏡（NC-AFM）等表面分析技術，系統地研究了多種乙腈功能化分子在Au(111)、Ag(111)、Ag(110)表面的化學反應，精確識別了亞甲基中sp3雜化的碳原子逐步轉變為sp2和sp雜化態。并結合第一性原理計算揭示了氰基基團的吸電子效應以及熱退火解離導致的消去反應對特定碳原子飽和度的影響機制。該工作精準調控了碳原子三種雜化態的連續轉變，有助于構筑更多新型碳基低維納米材料。
昆明理工大學為論文的第一單位，盧建臣教授、蔡金明教授和天津大學陳龍教授為通訊作者。材料學院熊瑋博士、天津大學張廣博士、范德比爾特大學包德亮博士為共同第一作者。該研究成果得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、云南省重大科技專項等項目的資助。
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55719-4
