石墨烯的化学键最近有博友问及此方面的问题.这一问题我在与诺奖得主Kroto老师的邮件通信中作过讨论,在发表的论文中也提到了,以前博文曾经涉及谈到过,但是可能说得太简略,所以还有博友提问.所以我再予以详细解释.

如果按照经典化学键理论来讨论，石墨烯内部的化学键近似于六元环的大 $\pi$ 键（注意我们强调近似，而不是一致），但是又有不同，这是依据我们对于石墨烯稳定性依赖于边界理论推论而来的。与石墨烯研究初期的很多论文讨论也是不同的，这是建立在常温常压下石墨烯稳定尺寸有限这一限制的基础之上的。所以石墨烯边界处大 $\pi$ 键与内部的是不同的，这中间的属于过渡键，实际按照我们的理论可推论出从边界处到中心处在径向上化学键属于一个渐变分布，但是对于石墨烯还涉及一个更复杂的问题是，其边界存在不同构型，所以实际情况要更复杂一些。我们的论文中也提及了这一结论，但是考虑到实验数据当时还不充分，所以论文未作详细讨论。后来日本产综研增强型TEM电镜和美国IBM实验室的AFM电镜结果出来后，基本支持了关于六元环变形的观点，为此我还专门给诺奖得主Kroto老师和Geim老师去信介绍此事。其中日本研究者对于其石墨烯电镜结果的解释有误，我给MRS指南杂志编辑去信指出后，其转给日本作者，该日本作者很快给我来信，承认其研究对于石墨烯的电镜结果分析存在问题，认为我们的结论是更符合实际的。

对于石墨烯的化学键的讨论，我们还有新的观点在新论文中发表，是从电子云的动态分布来讨论的，因为建立于上世纪上半叶的化学键理论虽然有效而且实用，但是在建立之初很多假设是基于当时科学认识作了简化平均处理的结果，实际这理论创始的先辈伟人们对此也是很清楚的。对于当今纳米材料尺度而言，出现误差已是必然，对于纳米材料而言，以化学键理论来解释很多问题只有近似意义，若要更准确的研究，还需从更本源的量子力学来分析，这也是我们论文中对于石墨烯化学键讨论更多属于定性的原因（博友可能觉得我不愿深入去讲或者论文论述模糊不清，是我认为化学键理论本身对纳米材料已经有力不从心的问题）。当然若要从量子力学将度更深入研究，这中间还取决于我们分析实验设备的精度的提高和数据的精确化，研究结果才能有实质意义，而这方面进展很困难而且缓慢。