從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，朱艷武教授團(tuán)隊(duì)通過原位x射線研究和第一原理計(jì)算，提出了3R石墨到2H石墨的層間滑移路徑，通過研究薄層石墨在同一區(qū)域與氮化鋰接觸前后的拉曼信號(hào)變化，證實(shí)了電荷態(tài)的變化。相關(guān)成果發(fā)表在國內(nèi)知名學(xué)術(shù)期刊《納米快報(bào)》上。

石墨作為鋰離子電池正極材料和石墨烯制備領(lǐng)域的重要原料，通常含有兩種晶格結(jié)構(gòu):六方相(2H相)和斜方相(3R相)。其中2H相的能量較低，在粉末中所占比例較高;3R相能量高，在粉末中所占比例一般較低。但隨著石墨顆粒的破碎，鱗片直徑減小，3R相的比例逐漸增加，達(dá)到50%。

最近的研究表明，3R石墨的能帶結(jié)構(gòu)包含三維Dirac錐，電子態(tài)有間隙，低溫下電子輸運(yùn)主要由表面態(tài)控制;3R疊置三層石墨烯表面的平坦能帶有助于產(chǎn)生強(qiáng)相關(guān)現(xiàn)象，導(dǎo)致自發(fā)對(duì)稱破缺，如鐵磁有序態(tài)和表面超導(dǎo)態(tài)。現(xiàn)有研究中石墨相變,為了所有3 r相轉(zhuǎn)變成2 h階段石墨粉,常常需要在高溫高壓使石墨化,或使用激光加熱、電阻加熱和其他手段,這需要艱苦的條件下,能耗高。

經(jīng)過長期的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，在石墨粉中加入少量的氮化鋰晶體粉末，可以在低溫下實(shí)現(xiàn)大切片尺寸的宏觀石墨粉由3R相完全轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>2H相。它進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)石墨相變機(jī)制條件下,功函數(shù)的差異會(huì)導(dǎo)致一些電子的轉(zhuǎn)移時(shí)石墨的共軛π電子云氮化鋰晶體石墨粉聯(lián)系,導(dǎo)致石墨層間距的異常增加,顯著降低了石墨層之間的滑移能壘，使3R相在更溫和的條件下轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="font-family:arial;">2H相。

本研究成果有望通過調(diào)控石墨電子云的形貌，實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨堆垛形貌和性能的精確控制，也為其他碳基材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控和新型碳材料的制備提供新的思路。