俄羅斯科學院物理化學研究所的科學家與俄羅斯科學院高性能物理研究所和IK RAS的同事一起，首次詳細研究了由氟化金剛烷合成金剛石在高壓和高溫下。事實證明，在這樣的系統中，金剛石合成可以在極低的溫度下進行。

       研究了氟化金剛烷在 5.5–9 GPa 壓力和 320 至 1300 攝氏度溫度下的行為。實驗表明，納米金剛石是由氟金剛烷在相對和氣的條件下形成的——溫度為 420 攝氏度，壓力為 5.5 GPa。顯然，納米金剛石晶粒的成核是通過類金剛烷分子的“融合”發生的；氟原子在這個過程中扮演著催化劑的角色。在更高的溫度下，可以獲得更大的納米金剛石晶粒；顯然，烴類流體的傳質在其生長過程中起著重要作用。

       氟金剛烷轉化為碳同素異形體有兩種不同的情況——釋放氫氣和釋放揮發性碳氫化合物。實驗表明，在低于 600 攝氏度的溫度下，氟金剛烷在碳化過程中損失了約 25% 的質量，這表明會析出氫氣。在 600 度以上的溫度下，質量損失為 40%，表明釋放了揮發性碳氫化合物。

       在低溫下，無序石墨也與納米金剛石一起形成。活性氟優先與 sp2 雜化碳反應，從而促進金剛石晶體的生長。所有在恒定溫度和壓力下合成的鉆石都具有氫化表面。量子化學計算表明，具有化學清潔表面且尺寸小于兩納米的納米金剛石應該自發地轉變為類富勒烯結構。表面氫化使它們穩定。

       在中等溫度和壓力下，在富氟介質中研究金剛石的形成可能有助于了解天然金剛石的形成過程。含鉆石的巖石通常含有含氟化合物；然而，氟通常不被認為是鉆石形成過程中的參與者之一，因為它具有反應性和快速轉變為結合形式。

       “盡管結合氟和游離氟的化學活性截然不同，但在許多地球化學環境中，含氟化合物可以在低壓-溫度參數下催化金剛石的形成。顯然，很難預期地幔中會存在鹵代金剛烷；然而，含氟化合物在許多地幔過程中起著重要作用；天然鉆石中含有含氟礦物的包裹體是眾所周知的，”俄羅斯科學院物理化學研究所新物理和化學問題實驗室首席研究員、化學科學博士、俄羅斯教授Andrey Albertovich Shiryaev說。科學院。

       在中等溫度和壓力下合成尺寸可控的納米金剛石是解決廣泛的材料科學和生物醫學問題的一項重要任務。特別是，該方法可用于合成具有完美晶體結構的納米金剛石。當在這種晶體中引入光學和電學活性缺陷時，納米金剛石可以轉化為例如光子的點源，這對生物醫學、量子光學和其他科學領域具有重要意義。

       “我們的實驗表明含氟流體可能對金剛石合成產生影響，尤其是在低溫下。在相對“和氣”的條件下從氟金剛烷合成納米金剛石對于基礎研究和實際應用具有重要意義，”Shiryaev 教授總結道。