甲炔(Carbyne,或称为卡宾炔、线型碳)并不是一种常见稳定分子,而是指一种理论上存在的碳同素异形体,其结构为一维链状碳原子,每个碳以sp 杂化形成交替的单键和三键:⋯–C≡C–C≡C–⋯

基本定义
| 名称 | 说明 |
| 化学式 | (C)ₙ(一维链) |
| 结构 | sp 杂化,线性链,交替单键与三键(聚炔结构) |
| 别名 | Carbyne、线型碳、α-碳炔(α-carbyne) |
| 稳定性 | 极不稳定,易交联成石墨或聚合成碳簇 |
结构争议
早期文献认为存在两种:
α-carbyne:交替单三键(–C≡C–)ₙ
β-carbyne:累积双键(=C=C=)ₙ
但后者被证明不稳定,实际中未观测到。
现代观点:
短链(n < 10)可视为聚炔烃(polyynes),末端需封端基团(如 H、Ph、SiR₃)才能稳定存在
长链(n > 20)极易交联,无法以游离态存在
实验观测
星际介质中发现聚炔自由基(如 C₈H⁻)
实验室合成:
末端封端聚炔:如 Ph–(C≡C)ₙ–Ph,最长已合成到 n = 22(2020 年)
碳纳米管/石墨烯边缘可观察到carbyne-like 链段
高温高压下石墨相变产物中曾报道“carbyne”衍射信号,但未获广泛确认
理论性质(DFT 计算)
| 性质 | 数值(理论) |
| 杨氏模量 | ~40 TPa(比石墨烯高 2 倍,碳纳米管高 3 倍) |
| 抗拉强度 | ~200 GPa(已知材料中最高) |
| 一维金属性 | 若链完全直,可呈现一维导体;但佩尔斯畸变导致半导体性 |
| 声子谱 | 存在扭曲模式,易引发链弯曲或交联 |
误区
卡宾(Carbene):卡宾是 :CR₂(二价碳),而 carbyne 是一维碳链
乙炔(C₂H₂):乙炔是分子,carbyne 是无限链状碳
石墨烯或碳纳米管:后两者是 sp² 碳,carbyne 是 sp 碳
潜在应用(纯理论)
终极高强纤维:若可稳定,可用于太空电梯缆绳
一维纳米导线:原子级线宽电路
量子拓扑态:某些模型预测拓扑激子或马约拉纳费米子边缘态
