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中山大学石磊课题组在Chin Chem Lett期刊上发表了题为“Sp1-hybridized linear and cyclic carbon chain”的综述文章（Doi: 10.1016/j.cclet.2024.110466）。博士生曹会菊为论文第一作者。该文全面综述了sp1-杂化碳（包括线性碳链和碳环）的发现与发展，详细讨论了它们的制备方法、性质和潜在的应用，并展望了该领域的主要挑战与热点问题。
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碳元素在自然界中广泛存在，是众多重要材料的基础。传统碳材料如金刚石和石墨已被广泛应用于各个领域。自20世纪80年代富勒烯的发现以来，新型碳材料的研究逐渐受到关注，随后又相继发现了碳纳米管和石墨烯。这些新材料不仅促进了纳米科技的发展，也大大拓宽了碳材料的应用范围。在科学分类上，碳材料可根据其碳原子电子轨道的杂化状态分为三类：第一类是由sp3杂化构成的金刚石及其同素异形体；第二类是由sp2杂化构成的石墨、富勒烯和碳纳米管等同素异形体；第三类则是由sp1杂化构成的碳链和碳环分子及其碳炔（Carbyne）等同素异形体。
sp1-杂化碳在历史上曾被称为除石墨和金刚石以外的“第三种碳”。理论预测其具有极为优越的性能，因此引起了科学界的广泛关注。例如，理论计算表明，一维碳炔的力学、电学和热学性能甚至超越了三维金刚石和二维石墨烯。然而，实验研究碳链的性能面临诸多挑战，主要原因在于碳链结构极不稳定，难以在常温常压下存在，且碳链之间易发生交联反应。
近年来，随着合成技术和表征技术的发展，sp1-杂化碳的研究实现了新的突破，极大推动了该领域的进展。尤其是在超长线性碳链和碳环的合成与性能研究方面，取得了前所未有的成果【Nat. Mater.2016, 15, 634−639; Science 2019, 365, 1299-1301; Nat. Chem. 2020, 12, 1143-1149; Nature 2023, 623, 972-976; Nature 2023, 623, 977-981; Nat. Chem. 2024, 16, 193-200; Science2024, 384, 677–682】。基于这些最新的研究进展，本文对未来需要发展的研究方向及潜在的突破进行了展望。
在综述中，我们对sp1-杂化碳的研究进展分为碳链和碳环进行了总结和展望:
1) 线性碳链
线形碳链的研究终极目标是合成碳炔及其物性研究。碳炔理论上是无限长碳链或性能随长度不变的超长碳链。我们以时间为序，总结了目前实验上已经合成的不同长度的线性碳链。例如，包含44、48、52、68和120个碳原子的碳链；以及碳纳米管中合成的包含超过6000个碳原子的超长线性碳链，这也是目前唯一一种实验上实现的碳炔。
2）碳环
碳环作为一种独特的sp1杂化碳，其性质受环内碳原子数目的显著影响。由于合成碳环的难度极大，因此对其理论研究相对较多。直到2019年，科学家利用扫描隧道显微镜的针尖传导电流，成功去除了前驱体分子上的部分原子，从而首次合成了包含18个碳原子的碳环，即cyclo[18]carbon。此后，研究者们采用类似的方法，已经在实验中实现了7种不同大小的碳环的制备，分别为cyclo[n]carbon，其中n为10、12、14、16、18、20和26。这一系列碳环的合成与表征，不仅进一步丰富了sp1杂化碳的研究对象，也为探索新型碳材料的性能提供了新的视角。
