东南大学电子科学与工程学院孙立涛教授团队在低温水热法制备纳米金刚石方面取得重要进展，其研究成果以“' Sub-4 nm Nanodiamonds from Graphene-Oxide and Nitrated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons at 423 K”为题在最新一期《ACS Nano》上在线发表。该项成果以东南大学为第一完成单位，毕业博士生沈昱婷、青年教师苏适为共同第一作者，孙立涛教授为责任通讯作者。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c00209
纳米金刚石具有高生物相容性、低毒性、高化学纯度、稳定的荧光性、高硬度和高导热性等优点，在药物递送、生物医学成像和生物标记、润滑添加剂和量子计算等领域具有广阔的应用前景。现在应用广泛的商业纳米金刚石的合成方法是基于20世纪60年代报道的爆轰法，通过引爆2,4,6-三硝基甲苯（TNT）和黑索金炸药（RDX）以产生极高的温度（3500~4000开尔文（K））和压强（20–30 GPa）。因此目前常用的金刚石合成方法涉及高温高压的极端环境，除了成本昂贵之外，还具有潜在的危险。
针对以上问题，孙立涛教授团队利用氧化石墨烯和多环芳烃（萘、蒽、菲、芘）作为原料，通过低温（150 ℃）水热法来制备纳米金刚石，合成了平均直径在2~3 nm的单晶和孪晶纳米金刚石（图1）。并结合理论计算证明，在纳米尺度上4 nm以下的纳米金刚石可能比氧化石墨烯和多环芳烃具有更稳定的结构。通过使用纳米级的前驱体，可以将sp2杂化的碳在极其温和的温度条件下转化为sp3杂化的碳，这是第一次在如此温和的条件下获得稳定且分散良好的4 nm以下的纳米金刚石。
该工作还有助于为在水热条件下制备的石墨烯量子点无法解释的光致发光效应提供可能的解释。在这种条件下，不能排除纳米金刚石的平行形成。另一个有趣方面是，迄今为止纳米金刚石在自然界的存在已被视为与地质、岩石学、陨石或宇宙学中相关的高压高温过程的证据，而我们的实验结果表明，这个假设需要重新考虑，这将有可能会对许多领域的传统概念带来挑战。
