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中研院合成穩定雙原子碳領先全球 發展半導體技術

2020-12-28 13:54中央社 記者吳欣紜台北28日電
中研院
  • 半導體
  • 科技部

中研院今天發表最新研究成果,化學研究所研究團隊成功在常溫下合成穩定的單配位基(ligand)雙原子碳分子,是全球首例,未來可望發展石墨烯、矽、鍺等半導體材料技術。

雙原子碳(Free C2)是自然界中比較不穩定的分子,一般僅能在燭光中藍色火焰或宇宙星際中才能觀察到它的存在,相較於穩定存在的雙原子分子如氧氣(O2)和氮氣(N2),科學家較無法掌握其化學和物理性質並進行後續應用。

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不過,中研院化學研究所研究員王朝諺帶領的研究團隊,近日在常溫下成功合成穩定的單配位基(ligand)雙原子碳分子「R3P→C2」,成為全球首例,研究已於11月30日登上國際期刊「自然-化學」(NatureChemistry)。

中研院指出, 配位基如同中心原子的衣服,可以使不可見、不穩定的分子現形,當配位基越少,分子的性質就越簡單乾淨,後續應用也更能排除其他因素,過往研究曾利用理論模擬演算雙原子碳的結構,並曾使用過2個以上的配位基以穩定雙原子碳,但合成出來的分子的化學和物理性質相對複雜。

而王朝諺帶領的研究團隊幫雙原子碳找到可以「單一」穩定交往的對象R3P,並利用專業化學技術成功合成常溫穩定的新分子R3P→C2,不僅闡釋了化學結構和電子組態的關係,也解開化學界一直以來各自表述雙原子碳化合物和雙原子碳性質的認知差異。

研究團隊也分析新分子R3P→C2的結構,並與德國馬爾堡大學理論計算專家教授和中國南京工業大學教授跨國合作,採用先進的能量分解分析(EDA)的計算技術,深入探討其結構特性。

中研院指出,實驗證實R3P→C2在C2部分的兩個碳原子皆有意想不到的反應活性,此發現有助發展碳、矽、鍺等碳族的新型態化學反應,並應用於催化反應,未來此分子也可延伸發展新型化學品及石墨烯、矽、鍺等相關半導體材料開發。

中研院表示, 本論文第一作者為中研院化學所博士後研究人員梁子輝,研究團隊包括中研院化學所博士生吳銘峻、通訊作者研究員王朝諺,經費來源為中研院深耕計畫及科技部經費。

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