我假设你们对杂化的概念很熟悉。
简而言之——石墨烯碳原子中sp2杂化键的三角形平面取向导致蜂窝/六边形模式。
石墨烯中的碳进行sp2杂化,形成三个sp2轨道,它们相互之间的角度为120度(见下图):
碳的4个价电子中的3个占据了上面的3个sp2杂化轨道这些轨道会与相邻碳原子的sp2杂化键结合。注意,在上面的图中,对于3个sp2轨道的碳原子,我们需要3个碳原子,每个碳原子有一个sp2轨道来满足成键的要求。对于最大的末端重叠,就像任何sigma键一样,你可能会这样放置新的碳原子:
不断重复这个模式,新引入的sp2键仍然未成键,你会得到石墨烯的六边形模式!
推论1:由于这种模式是由sp2化学键的固有性质产生的,你可能会期望同样的模式出现在任何保持相同的sp2键类型的平面材料上。六方氮化硼就是一个很好的例子。
推论2:如果sp2键更倾向于保持三角形的平面取向,人们可能会争论为什么同样的石墨烯薄片可以折叠成碳纳米管?因此,我们应该注意到碳纳米管的杂化结构经过了轻微的修改,使得它可以折叠。