T-carbon的理论预测和实验合成为碳材料添加了有一个全新的同素异形体[1,2]。掺杂作为一种常用的手段被用来对材料的物理化学性质进行人工调节和控制。然而，一篇理论研究指出B或N原子掺杂可能会导致材料体系的失稳[3]。我们的理论研究结果也验证了这一观点。但是，需要强调的是，无论是我们的研究还是文献中的理论研究都只是局限在一定的掺杂浓度范围内。通过进一步的提升T-carbon内部N原子掺杂浓度后，我们获得了一个全新的层状堆叠的C3N材料。由于仍然保持着类似于T-carbon中的四面体结构，所以我们将其命名为T-C3N。通过对其电子结构的研究发现，新材料应该是一种宽带隙半导体或绝缘体。通过对材料堆叠结构及其单层结构的动力学、热力学等方面的分析，确定了材料体系的稳定性。单层2维T-C3N拥有较高的机械强度，超低的密度，超高的面内孔隙率，均匀的孔洞尺寸，以及适当的孔径（d=5.5 Å）。这些条件恰恰符合高性能海水过滤脱盐反渗透膜的要求。尤其是其表面富电子的N原子，还能起到阻止盐离子，削弱H2O团簇内部氢键的作用。通过对水分子穿膜的静力学和动力学能垒进行模拟，我们可以确认，这种材料在海水脱盐方面具有极高的应用潜力。

            本研究的结果发表在国际知名期刊Nanoscale上[4]，硕士研究生周佳琪为本文第一作者，指导教师贾然副教授与张红星教授为共同通讯作者。

文献：

[1] X.-L. Sheng, Q.-B. Yan, F. Ye, Q.-R. Zheng, G. Su*, “T-carbon: A novel carbon allotrope”, Phys. Rev. Lett. 106, 155703 (2011).

[2] J. Zhang*, R. Wang, X. Zhu, A. Pan, C. Han, X. Li, D. Zhao, C. Ma, W. Wang, H. Su*, C. Niu, “Pseudo-topotactic conversion of carbon nanotubes to T-carbon nanowires under picosecond laser irradiation in methanol”, Nat. Commun. 8, 683 (2017).

[3] H. Ren*, H. Chu, Z. Li, T. Yue, Z. Hu*, “Efficient energy gap tuning for T-carbon via single atomic doping”, Chem. Phys. 518, 69-73 (2019).

[4] J.-Q. Zhou, L. Li, C. Fu, J. Wang, P. Fu, C.-P. Kong, F.-Q. Bai, R. I. Eglitis, H.-X. Zhang*, R. Jia*, “A novel T-C3N and seawater desalination”, Nanoscale 12, 5055-5066 (2020)

文章链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/nr/c9nr08108a/unauth#!divAbstract