共價金剛石-石墨材料集合了金剛石和石墨的性質(zhì)優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)超硬、極韌、導(dǎo)電等優(yōu)越性能組合，在超硬和電子器件領(lǐng)域具有研究和發(fā)展價值。目前，由于金剛石-石墨共價界面能高，主要通過高溫高壓方法活化碳原子以實現(xiàn)該材料的構(gòu)筑。等離子體化學(xué)氣相沉積（CVD）是金剛石面向功能應(yīng)用的主要發(fā)展方向。借助CVD技術(shù)構(gòu)筑共價金剛石-石墨材料，探索金剛石和石墨兩相界面的新奇物性受到研究人員的關(guān)注。

       中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家研究中心研究員黃楠團隊與國外學(xué)者合作，利用等離子體CVD技術(shù)制備了共價金剛石-石墨材料，并基于該材料開展了限域雙電層電容和高效電催化研究。近日，該團隊進一步揭示了等離子體CVD構(gòu)筑共價金剛石-石墨材料的生長機理。數(shù)值仿真結(jié)果表明，設(shè)計的限域陶瓷樣品臺促使等離子體電子密度增加至1.46×1017 m-3，為原來的2.7倍，為活化碳原子并以石墨形式與金剛石共價連接提供能量。透射電子顯微鏡表明金剛石()面和石墨(0001)面以3:2和2:2的對應(yīng)關(guān)系共價連接，與高溫高壓方法構(gòu)筑的共價金剛石-石墨界面不同。電子能量損失譜闡明，界面處石墨中電子密度增加，界面具有sp2/sp3碳混合雜化特征，表明金剛石和石墨在共價鍵界面上擁有強相互作用。第一性原理計算揭示強相互作用界面誘使電子從金剛石相向石墨相轉(zhuǎn)移，進而調(diào)變了界面碳的電子性質(zhì)，引發(fā)石墨在Fermi能級附近的態(tài)密度異常增加；在金剛石的導(dǎo)帶底引入局域能級，致使共價金剛石-石墨材料陰極發(fā)光特征峰比氫終端金剛石材料藍移430 meV。該研究拓展了關(guān)于調(diào)制金剛石電子性質(zhì)的認(rèn)識，為開發(fā)先進金剛石電子器件提供了基礎(chǔ)參考。

       相關(guān)成果以Covalently-bonded diaphite nanoplatelet with engineered electronic properties of diamond為題，發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的資助。