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　　金剛石憑借優(yōu)異的硬度、傳熱能力等突出特性，長期以來在多個領(lǐng)域備受關(guān)注。人工合成金剛石通常需在極端高溫高壓條件下進行，而由此制得的納米金剛石不僅難以精準控制尺寸，其結(jié)構(gòu)缺陷也難以避免。因此，如何在納米尺度上實現(xiàn)金剛石的高精度合成一直是該領(lǐng)域亟待突破的重大難題。

　　中村榮一教授團隊的這項研究，以具有10個碳原子的籠狀類金剛石骨架的有機分子為原料，在室溫或更低溫度的真空環(huán)境中經(jīng)數(shù)秒至數(shù)分鐘電子束照射，成功合成出尺寸均一、形狀規(guī)整的球形單晶納米金剛石。納米金剛石已被證實可用于量子傳感、藥物遞送等重要領(lǐng)域，為相關(guān)材料的未來應(yīng)用拓展打開了新局面。

球形單晶納米金剛石合成示意圖

　　團隊利用原子分辨率透射電子顯微鏡，成功實現(xiàn)了通過電子束照射金剛石骨架結(jié)構(gòu)的金剛石烷晶體，合成納米級球形金剛石（nano diamond，ND）。傳統(tǒng)的金剛石合成通常需要極其嚴苛的條件，團隊以金剛烷分子的自由基陽離子作為重要中間體，在?173℃至室溫、10^?5 Pa的溫和環(huán)境下，短時間內(nèi)完成了材料合成。值得關(guān)注的是，通過原位觀察與反應(yīng)速率分析證實，研究人員成功合成出粒徑高度均一（2–8?nm）的金剛石，且產(chǎn)率接近100%。此外，該研究揭示碳–氫鍵斷裂為反應(yīng)的速率決定步驟，并確認最終形成的金剛石表面以氫原子封端。這種基于電子束照射的精密有機合成手法，為金剛石合成開辟了全新反應(yīng)路徑。

　　南開大學(xué)講座教授、日本東京大學(xué)化學(xué)系特別教授中村榮一為通訊作者之一，南開大學(xué)為文章通訊單位之一。

　　論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw2025