金刚石在线  金刚石因具有优异的光学、电学、机械和热学性能而备受关注。人造金刚石传统合成方法需要极端高压和高温条件，这一过程不仅耗能巨大，也难以精准控制。科学家们一直梦想着寻找更“温和”的路径。金刚烷与金刚石在结构上颇为相似，二者都拥有对称的碳骨架，然而金刚烷转化金刚石过程需要选择性断裂碳-氢（C-H）键并将单体组装成金刚石晶格，这一过程存在挑战。

东京大学Eiichi Nakamura教授联合Takayuki Nakamuro教授首次利用电子束照射金刚烷微晶，在低温、真空环境下，几十秒内就能生成无缺陷的立方相纳米金刚石。相比传统高温高压法，这一方法不仅条件温和，还能直观追踪反应过程，揭示金刚石形成的化学机制。相关成果以“Rapid,low-temperature nanodiamond formation by electron-beam activation of adamantane C-H bonds”为题发表在《Science》上。

研究团队利用高能电子束在真空低温中轰击金刚烷微晶，激发分子发生电离和断键反应。透射电子显微镜的实时成像显示，金刚烷先形成低聚物（Ad_n），再逐步转化为球形纳米金刚石。与此同时，氢气大量释放，印证了C-H键裂解在其中起到了关键作用。进一步的对比实验也表明，只有具有四面体对称骨架的金刚烷最适合作为“积木”，而其他结构如二金刚烷、苯基金刚烷或石蜡在相同条件下均无法生成纳米金刚石。

金刚烷转化为纳米金刚石的化学难点与电子束激发机理示意图

在低倍显微镜观察中，科学家们还意外捕捉到了氢气微泡的爆裂过程。当电子束不断驱动反应，纳米级气泡骤然形成、膨胀并爆裂，带动周围的纳米金刚石重新排列。这种画面酷似地热泥浆池中的气泡翻涌，直观呈现了氢气释放在反应中的重要角色。团队借助电子能量损失谱（EELS）实时记录了碳元素的键合状态。随着反应进行，金刚烷特有的C-C骨架信号逐渐消失，而C-H键的特征峰先是减弱，最终完全消退，取而代之的是典型金刚石的谱图。尤其是在约296eV和325eV处出现的宽峰，与高温高压金刚石的信号高度一致，证明了这些产物确实是高质量的立方纳米金刚石。

显微镜下氢气泡爆裂及能谱追踪C-H断裂和金刚石晶格生成过程

这项工作不仅展示了一种全新的金刚石合成途径，更改写了我们对电子束化学的认识。过去，电子束常被视作破坏有机物的“杀手”；而现在，它被证明能以受控方式激活化学反应，完成对称精准的结构构建。这些发现对电子光刻、表面工程和电子显微镜等领域有重要意义，也为高能粒子辐照驱动的金刚石形成假设提供了实验支持。

参考来源：

1.高分子科学前沿

2.文章DOI：10.1126/science.adw2025

（金刚石在线编辑整理/石语）

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