“分子锁链”形全新稳定碳结构合成

科技日报记者 刘霞

英国牛津大学领衔的研究团队在新一期《科学》杂志上发表研究成果称，他们合成出一种形似“分子锁链”的全新碳结构。这项突破性进展使团队首次能够在常温环境下，对环碳这种特殊的碳分子开展深入细致的研究，有望为电子器件和量子科技领域带来革命性新材料。

合成能在常温下稳定存在的碳分子同素异形体极具挑战性。这是自1990年富勒烯（由60个碳原子构成的足球状碳结构）问世以来，科学家首次实现这一目标。

环碳是由N个碳原子形成的分子环，与富勒烯、碳纳米管等“碳族亲戚”一样，具有独特的导电特性和化学行为。但此类分子由于反应活性太强，只能在极端条件下短暂存在，犹如昙花一现，人们难以在室温实验室条件下对其开展深入研究。

在最新研究中，研究团队找到了一种在室温下稳定环碳的方法。他们创新性地采用分子“保护套”策略：让由48个碳原子组成的环碳像穿项链般穿过3个小型“保护套”分子，以保护48个碳原子不会相互碰撞，也不会与其他分子碰撞，从而形成稳定的“套环”结构。

这种精妙设计使得环碳分子能在常温下稳定存在，团队利用质谱、核磁共振、紫外可见光和拉曼光谱等技术，成功解析了环碳分子的结构特征。

研究显示，环碳分子的48个碳原子呈现完美的链式排列，理论上可实现电荷的无限传递。这种特性使其在晶体管、太阳能电池、半导体及量子器件等领域展现出巨大应用前景，也为探索更多奇异碳结构打开了新大门。