二维非晶碳是碳材料家族的一种新型同素异形体。与石墨烯的周期性蜂窝布局分歧，单原子层的非晶碳由5、6、七元碳环无序拼接而成。研究人员此前经由过程化学气相沉积方式在非均衡前提下成功制备了该材料，并发现非晶布局可显著调控碳材料的导电性和机械强度等物理机能。

固然化学气相沉积被普遍用在制备石墨烯和其衍生材料，但其高温前提晦气在异质原子在碳原子收集中的不变搀杂。比拟之下，液相聚合方式在高份子化学合成被普遍采取，该方式前提暖和，先驱体选择多样。但是，在液相聚合中，反映中心体构象多变且存在复杂的立体彼此感化，是以利用液相聚正当难以取得具有二维拓扑布局的产品。

为此，中国科学院年夜学传授周武、国度纳米科学中间研究员裘晓辉与北京航空航天年夜学传授郭林、传授刘利平易近、清华年夜学传授谷林等构成的研究团队成长了一种操纵纳米标准二维限域模板进行小份子聚合的液相合成策略，成功制备了氮元素搀杂的单原子层非晶碳材料。该方式操纵层状模板的限域感化，将自由基中心体的聚合进程限制在二维平面内，终究构成了5、6、七元环共存的二维无序收集布局。9月25日，该研究功效在线颁发在《天然》。

氮搀杂单原子层非晶碳材料的原子标准布局阐发和氮原子的化学成像阐发。中国科学院年夜学供图

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操纵低电压扫描透射电子显微镜手艺，研究团队切确解析了碳原子和氮原子在二维非晶碳收集中的散布，证实了氮原子成功嵌入碳原子构成的平面收集中，并确认了氮搀杂浓度可达9%。经由过程第一性道理计较，研究团队进一步揭露了该材料的构成机制，发现受限空间中的化学反映模式产生了显著转变。光学和电学性质测试注解，该材料具有p型半导体特征，为研究原子搀杂对二维非晶碳材料的电子局域化现象的影响供给了怪异的尝试平台。该项工作在二维聚合物限域合成范畴迈出了主要一步，为将来开辟机能优胜的二维非晶材料供给了新路子。

该工作获得了中国科学院计谋性先导科技专项（B类）、中国科学院不变撑持根本研究范畴青年团队项目、中国科学院年夜学电子显微学尝试室、国度重点研发打算、国度天然科学基金、北京高校出色青年科学家打算等项基金的撑持。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07958-0

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