记者近日从中国矿业大学获悉，该校陈义林副教授、秦勇教授、李久庆博士等人在福建永安煤田二叠系煤层中发现外径约55纳米的天然洋葱状富勒烯，即“碳洋葱”，这是世界已知最大的天然“碳洋葱”,首次在全球地质样品中发现多核天然“碳洋葱”。其相关成果发表在我国地质科学顶尖学术刊物《中国科学：地球科学》。
透射电镜下的“碳洋葱”，最大外径55纳米。（切面图为中国矿业大学供图）
据悉，“碳洋葱”是一种巨型富勒烯，由若干层同心球状的石墨壳层嵌套而成，因其与洋葱具有类似的同心多层结构而得名。“碳洋葱”具有良好的电子、光学、电磁和摩擦学性能，广泛应用于航空航天、能源、生物医药、环境修复等领域。
虽然国内外早已实现实验室环境下制备“碳洋葱”，但由于制备难度，每吨“碳洋葱”国际市场约为300万美元-33.5亿美元，价格极其昂贵。
如同人类发现煤炭一样，科学界一直在致力寻找天然的“碳洋葱”及其形成机制。据介绍，天然“碳洋葱”仅见于碳质球粒陨石、烟煤、冲击金刚石等零星地质样品。2016年，陈义林老师等人在福建永安煤田研究煤系石墨并系统采集煤样，2018年通过可以清晰看到0.1纳米的透射电子显微镜，发现形状为同心圆的未知特殊碳质材料。
首次在自然界发现多核“碳洋葱”（切面图为中国矿业大学供图）
中国矿业大学资源与地球科学学院地质系陈义林副教授告诉记者，他们把样品剖面通过一系列制样，在透射镜观察，观察到呈环状的这种同心圆状的洋葱结构的碳质材料，后来给鉴定出来为“碳洋葱”，学名叫洋葱状富勒烯，它的外径最大可以达到55纳米，这是目前世界上报道的自然界“碳洋葱”外径最大。现在报道的天然碳洋葱外径一般在20-30纳米左右，最大外径不超50纳米。
研究人员在福建永安煤田采集了15件无烟煤样品，鉴定发现其中7件存在“碳洋葱”，并首次发现天然的多核“碳洋葱”。此次团队发现的“碳洋葱”当中，“个头”最大的外径约55纳米，为目前国际最大。初步理论计算表明，其包含的碳原子超过200万个。
六年磨一剑，经过不懈的科学研究，研究人员初步掌握了研究区天然碳洋葱的形成机理。研究人员认为，“碳洋葱”是岩浆侵入导致的煤变质过程中形成的次生产物，岩浆热变质煤中的天然碳洋葱是化学气相沉积成因。
陈义林副教授介绍说，研究人员提出通过“碳洋葱”的大小和煤变质程度挂上钩。煤变质程度越大，“碳洋葱”越大；提出“碳洋葱”是化学气相沉淀。在地质环境下，需要碳源、高温、空间和催化剂四个属性兼具，它就有可能合成。
据悉，福建省永安市的石墨曾很长时间被当作劣质煤销售，产品附加值低、资源浪费严重。经过科研赋能，现已探明永安石墨储量超过9000万吨，该地石墨和石墨烯产业园今年截至目前已完成工业产值18.3亿元，煤炭产业成功转型，被称为东南“碳谷”。
煤既是重要的化石燃料，也是重要的化工原料，被称为工业的粮食。此次“碳洋葱”重大发现，对于我国在下一阶段寻找天然“碳洋葱”具有突破意义，此外，对于我国煤炭产业的绿色产业转型、顶尖科技战略的能源储备，以及缩短基础科学在国际赛道的距离，具有重大意义。
陈义林副教授表示，此次重大发现的科学意义大于它的应用意义。其科研研究的意义在于，它是目前地球上发现的最大的天然“碳洋葱”，同时也是首次发现地球上的多核天然“碳洋葱”。另外科研人员认为，天然”碳洋葱“并非像以前所想的在自然界那么稀缺，它会在岩浆接触变质煤，在煤系石墨、在天然焦里面是有可能更广泛存在的。
（来源：淮海网）
