我们的学者通过电子云调控发现了石墨相变的新机制

记者从中国科学技术大学了解到，朱彦武教授团队通过原位X射线研究结合第一性原理计算，提出了3R石墨到2H石墨的层间滑移路径，并通过研究同区域薄石墨与氮化锂接触前后的拉曼信号，证实了电荷状态的变化。相关成果近日发表于知名学术期刊《纳米快报》。

石墨作为锂离子电池正极和石墨烯制备领域的重要原料，一般包含六方相(2H相)和菱形相(3R相)两种晶格结构。其中，2H相的能量相对较低，在粉体中占比较高的比例。3R相的能量较高，但在粉末中一般较低。但随着石墨颗粒被粉碎，鳞片直径减小，3R相比例逐渐增大，达到50%。

近期研究表明，3R相石墨的能带结构中含有三维狄拉克锥，且电子态存在间隙，低温下电子传输以表面态为主，3R叠层中三层石墨烯表面的平坦能带有助于产生强关联现象，导致自发对称性破缺，如铁磁有序态和表面超导态。在现有的石墨相变研究中，为了将石墨粉中的3R相全部转变为2H相，往往需要在高温高压下进行石墨化处理，或者采用激光加热、焦耳加热等手段，条件苛刻，能耗高。

经过长期研究，研究人员发现，在石墨粉中加入少量的氮化锂晶体粉末，可以在较低温度下实现大范围芯片尺寸的宏观石墨粉中3R相向2H相的完全转变。进一步研究表明，该条件下石墨相变的机理是功函数的差异导致氮化锂晶体粉末在与石墨接触时将部分电子转移到石墨的共轭电子云上，使石墨层间间距异常增大，从而显著降低石墨层间的滑移能垒，使3R相在较温和的条件下转变为2H相。

这一研究成果有望通过调控石墨电子云形态实现石墨堆形态和性能的精确控制，也为其他碳基材料的结构调控和新型碳材料的制备提供了新思路。