T-碳是什麼？它是怎麼被合成的，有何性質和應用？

01-05

據媒體 11 月 24 日報道，科學家合成了一種新的碳同素異形體，叫做「T-碳」。這個「T-碳」和金剛石、石墨、碳納米管等等已知的碳同素異形體有什麼不同？它有什麼性質和應用呢？
碳家族添新丁：我科學家預言的T-碳問世
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.106.155703
2011年在PRL上預言T-carbon的存在
https://www.nature.com/articles/s41467-017-00817-9.pdf

今年在nc上報道的碳納米管和T-carbon的轉化

我也跟著幾位答主來湊個熱鬧吧。

目前能源領域比較火，很多（新）材料做出來自然都會想往這個方向上靠，T-碳的一些報道也說它能有很多地方使用。然而昨天晚上看了一下論文，無奈的發現——如果是往儲能——二次電池（例鋰電）上使用，這貨還不如石墨烯（答主懂的主要是這一部分）。石墨烯是有幾個性能起碼看起來還是有用的（實用性可以看我之前寫的文章），而這個東西研究出來的意義更多還是在基礎科研上，實用價值要打個大大的問號。

做儲能電池中的應用，大概要有這麼幾個特點：

1、導電好----我們的T-碳寶寶是SP3雜化為主，導電性很一般。再說了，它是由CNT處理得來的，用導電劑為啥要舍CNT而求它？

2、用做嵌鋰負極活性材料----從目前作者的文章分析看不出任何可以往這個方向使用的徵兆。沒有相關的理論分析，更沒有做個扣電拉出來試試。當然我覺得關鍵還在於下一點：

3、這是一個目前看量產很麻煩超極昂貴的東西----CNT被激光處理，產率？？不知道。CNT成本？不便宜。表面似乎還有非晶氧化，反正這幾點對鋰電/電池領域沒一條合適。

4、可能我又要黑納米了。。。。然而還要提醒各位，真的很多材料做的跑偏了，硬納米化對於很多實際應用那就是南轅北轍，所以——有科學價值就老實說科學價值，別無限YY它的工業應用前景，謝謝。。。

小總結：作為之前只是理論上預報，這次第一次製備出的介穩的碳的新結構材料，它的問世當然在基礎科學上有很多的意義，然而其實用化的前景要打一個問號。如果在電池領域考慮，從目前看到的信息來說不太理想。而其它答主也大概分析了其對於催化等方面應用的可能性，大家可以綜合參考我們的答案來判斷。

PS1:三星的石墨烯球的文章有不少人問，準備寫一下。

寫好了，弗雷劉：如何看待三星宣布開發出石墨烯電池？

PS2:如唐潮所述，我覺得好好做碳纖維比做一堆花里糊哨的東西要有用的多，碳材料里有好多像碳纖維一樣的好同志，也有好多花拳繡腿的，嗯。

想從應用的角度說說吧，主要就是看它的物理化學性質吧。

分析碳材料，本質上可以看sp軌道的雜化方式，比如石墨烯是sp2，金剛石是sp3，石墨炔是sp-sp2雜化，無定型碳是sp2-sp3。通過調整這二者比例，大體可改變導電率和導熱率之類的物理性質。

論文中說，這種T-carbon是sp3-sp2混合，而且「sp3多於sp2」，因此在物理性質上可能更近似於無定型碳和金剛石。這樣的話，以後在導電導熱之類的應用場景應該都問題不大。

另一個可以關注的點是它的微觀結構。現在，大量的研究力量集中在碳納米材料的微觀形貌的調控上，因為材料的比表面積、孔結構、孔分布等屬性，極大影響著儲能、催化、吸附性能。新聞中報道，也特意強調了T-carbon是一種「蓬鬆」的材料，「密度非常小」。論文中說孔徑大約是11.8nm。

這個孔徑分布，讓T-carbon顯得有些雞肋。

一般來說，平均孔徑越小，碳的比表面積越大，二者近似反比關係。我們可以找兩個參照物。

（1）活性炭，孔徑主要是0.5-2nm，比表面積很大2000-3000m2/g。
（2）CMK等介孔碳，孔徑在2-20nm可控，比表面積500-1000m2/g。

所以，T-carbon在比表面積上沒有優勢，因此在吸附等碳材料的典型應用上，也很乏力。

與此同時，如果要作為電池負極或者超級電容器等儲能應用，如此大的平均孔徑，也會顯著降低電極的振實密度和體積比容量，因此也不看好。

新聞報道中還提到了「儲氫」，說T-carbon「其儲氫能力重量百分比不低於7.7%」。碳材料與氫的結合力遠低於一些合金或配位化合物，因此本質上是不適合儲氫的。之所以被廣泛提及，是因為碳材料的巨大比表面積帶來的強大吸附能力。但剛才也說了，T-carbon的比表面積很雞肋，因此，在儲氫的應用上，潛力也不會很大。

結論：如果沒有更深層的改進或設計，T-carbon終歸只是一個發文章的材料，在實際應用中很難找到定位。

據我所知的碳材料發展過程：碳纖維、碳納米管、C60、C90、生物活性炭、石墨烯等等，現在T-碳又出來了，對比石墨烯感覺發文章灌水的價值遠遠大於實際應用價值。

其實各位科研工作者們有空還是回頭把碳纖維材料再研究研究吧，感覺都有三十年了吧，碳纖維的潛力還有很多沒有發揮出來，能把碳纖維材料研究透，並且民用化，給社會發展帶來的好處遠比發現十種T-碳都有用。

謝 @弗雷劉邀

據 @徐克大佬說，

如果是材料界的重大發現，為什麼發在 nature communication上？nature communication不是土豪材料界用來灌水的么？

這個其實是 6 年前的一個理論計算髮了 prl，今年被某個組用在實驗室驗出來了所以水了個nature communication

我本人對以上言論不負責（逃

謝邀

感謝指正碳管沒有拿獎

稍微看了一下文獻，prl的分量還是滿足的。

但做出來發到nc上就水了點~當然這和課題組相關，好的厲害的工作發的文章也不咋的

但我覺得，t碳和金剛石，石墨，碳管，足球烯，石墨烯這之間還是有差距的，或者說是一種過渡體？

石墨烯足球烯都拿了獎，對應2維3維的碳納米結構，當然最後t碳是否會爆發還看他的性能

不過，過於精密的結構一般都影響它的應用，所以我對納米一直不看好~

至於為什麼，納米結構的精密很容易導致不穩定~