中美合作研究發(fā)現(xiàn)全硼富勒烯：硼球烯
我系李雋教授研究組與山西大學(xué)李思殿、復(fù)旦大學(xué)劉智攀和美國(guó)布朗大學(xué)王來(lái)生研究組的合作研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)元素周期表中與碳相鄰的硼元素可以形成類似富勒烯的球型結(jié)構(gòu)。他們命名這種40個(gè)硼原子組成的類富勒烯團(tuán)簇為硼球烯(borospherene)。我系趙亞帆博士和胡憾石博士承擔(dān)了部分理論研究工作。該項(xiàng)以“Observation of an All-Boron Fullerene"為題的研究工作發(fā)表在7月13日的《自然?化學(xué)》雜志上(Nature Chemistry, 2014, DOI: 10.1038/nchem.1999)。光明日?qǐng)?bào)、英國(guó)《化學(xué)世界》雜志及許多國(guó)內(nèi)外新聞媒體對(duì)此項(xiàng)研究工作進(jìn)行了大量報(bào)道。
圖1.硼球烯(B40)分子結(jié)構(gòu)圖
圖2.硼球烯中的多中心雙電子化學(xué)鍵
1985年，以足球狀碳－60為代表的碳富勒烯家族的發(fā)現(xiàn)為之后的單壁碳納米管及單原子層石墨烯的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。十年前王來(lái)生教授與李雋教授的研究組曾通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論研究，發(fā)現(xiàn)較小尺寸的硼團(tuán)簇呈平面結(jié)構(gòu)，并具有與碳元素形成的環(huán)狀烯烴類似的化學(xué)鍵(Nature Materials, 2003, 2, 827-833)。今年初，他們合作發(fā)現(xiàn)硼元素還能形成與石墨烯類似的準(zhǔn)平面結(jié)構(gòu)，稱為硼墨烯(borophene,Nature Communications, 2014, 5, 3113, DOI:10.1038/ncomms4113)。
此次由中美兩國(guó)四個(gè)研究組合作新發(fā)現(xiàn)的由40個(gè)硼原子組成的硼球烯具有類似于碳富勒烯團(tuán)簇的籠狀結(jié)構(gòu)(圖1)。但由于硼元素比碳少一個(gè)電子，硼球烯面上存在由上下兩個(gè)六元環(huán)和中間四個(gè)七元環(huán)組成的六個(gè)空穴，并擁有高度離域的球型多中心化學(xué)鍵(圖2)。硼球烯的發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)硼的新材料提供了重要線索。鑒于與碳材料的顯著不同，硼球烯材料有可能在能源、環(huán)境、光電材料和藥物化學(xué)等方面具有應(yīng)用前景。
有關(guān)研究工作參見(jiàn)下列網(wǎng)頁(yè)：
http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.1999.html
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