“分子鎖鏈”形全新穩定碳結構合成

科技日報記者 劉霞

英國牛津大學領銜的研究團隊在新一期《科學》雜誌上發表研究成果稱，他們合成出一種形似“分子鎖鏈”的全新碳結構。這項突破性進展使團隊首次能夠在常温環境下，對環碳這種特殊的碳分子開展深入細緻的研究，有望為電子器件和量子科技領域帶來革命性新材料。

合成能在常温下穩定存在的碳分子同素異形體極具挑戰性。這是自1990年富勒烯（由60個碳原子構成的足球狀碳結構）問世以來，科學家首次實現這一目標。

環碳是由N個碳原子形成的分子環，與富勒烯、碳納米管等“碳族親戚”一樣，具有獨特的導電特性和化學行為。但此類分子由於反應活性太強，只能在極端條件下短暫存在，猶如曇花一現，人們難以在室温實驗室條件下對其開展深入研究。

在最新研究中，研究團隊找到了一種在室温下穩定環碳的方法。他們創新性地採用分子“保護套”策略：讓由48個碳原子組成的環碳像穿項鍊般穿過3個小型“保護套”分子，以保護48個碳原子不會相互碰撞，也不會與其他分子碰撞，從而形成穩定的“套環”結構。

這種精妙設計使得環碳分子能在常温下穩定存在，團隊利用質譜、核磁共振、紫外可見光和拉曼光譜等技術，成功解析了環碳分子的結構特徵。

研究顯示，環碳分子的48個碳原子呈現完美的鏈式排列，理論上可實現電荷的無限傳遞。這種特性使其在晶體管、太陽能電池、半導體及量子器件等領域展現出巨大應用前景，也為探索更多奇異碳結構打開了新大門。