用氯原子從外表將富勒烯固定住

　　富勒烯分子因有中空籠狀結(jié)構(gòu)和不尋常的納米特性，被譽為材料界的“納米王子”。這是一類由碳的五邊形和六邊形組成的全碳分子，其可能的結(jié)構(gòu)數(shù)量巨大，但絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定。廈門大學(xué)謝素原教授等完成的新型富勒烯的合成成果，貢獻就在于利用氯原子把它們穩(wěn)定下來。該成果也因此榮獲2015年國家自然科學(xué)獎二等獎。

　　該成果的代表性論文發(fā)表在一些國際知名刊物，被國際同行評價為“開辟了研究這些不尋常的、含相鄰五邊形的富勒烯化學(xué)反應(yīng)、光學(xué)、電子性質(zhì)及其實際應(yīng)用的新道路”。

　　富勒烯的問世距今約有30年。1985年，科學(xué)家在美國萊斯大學(xué)通過質(zhì)譜檢測到含有60個碳原子的碳團簇C60，他們推測其結(jié)構(gòu)包含有12個五邊形和20個六邊形，每個角上有一個碳原子。因為這個分子與建筑學(xué)家巴克明斯特·富勒的建筑作品很相似，為了表達敬意，科學(xué)家遂將其命名為富勒烯。

　　由碳的12個五邊形和若干個六邊形組成的新型富勒烯的可能結(jié)構(gòu)數(shù)量巨大，但在富勒烯的可能結(jié)構(gòu)中，大多數(shù)都會出現(xiàn)五邊形相鄰的情況。這些數(shù)量幾乎可用天文數(shù)字來形容的含相鄰五邊形的富勒烯是非?；顫姷模茈y被捕獲到。過去，科學(xué)家只能在氣相中研究它們，難以在固相條件下研究新型富勒烯。而謝素原教授小組則成功地捕獲了含有相鄰五邊形的新型富勒烯。

　　“我們在新型富勒烯的合成中提出了‘張力釋放’和‘局域芳香性’兩個原理，通過氯化衍生合成了占全世界所合成總數(shù)40%以上的含相鄰五邊形的富勒烯，*為特殊的有C60的同分異構(gòu)體、含三順聯(lián)五邊形的C66、含七元環(huán)的C68，以及相鄰五邊形有利的C72等。這些原本高度活潑而不穩(wěn)定的特殊富勒烯的合成，使C60‘變扁了’，由此證明了三重順聯(lián)五邊形在富勒烯結(jié)構(gòu)組成中具有普遍性，并揭示了‘獨立五邊形規(guī)則’也可能具有例外的情況。此外，應(yīng)用該成果提出的兩個原理我們合成了小富勒烯C56、含三重五邊形直接相鄰結(jié)構(gòu)的C64、含有相鄰五邊形結(jié)構(gòu)的空心高富勒烯C78等?！敝x素原教授介紹說。

　　“我們雖然也使用了通常采用的電弧蒸發(fā)的碳來制備新型富勒烯，但還是多虧了氯原子的介入?！?謝素原表示。通俗地說，他們是用氯原子從外表將富勒烯固定住，這打破了過去科學(xué)家只能在氣相(體)狀態(tài)下研究富勒烯的局限。

　　這一過程聽著簡單，但新型富勒烯成果的取得并非易事。事實上，從2004年開始，廈門大學(xué)的科研人員就已經(jīng)將目光鎖定在氯原子。但從*初目標的鎖定到*終成果的問世，經(jīng)歷了長達8年的時間。這是因為富勒烯的合成產(chǎn)率*低，用十萬分之一來形容一點也不夸張。富勒烯夾雜許多混合物，再加上氯原子后情況就更加復(fù)雜，需要把混合物一個個分離出來。

　　在這一領(lǐng)域，該項目貢獻了基礎(chǔ)研究成果。而新型富勒烯合成距離真正應(yīng)用還有一段很長的路要走。在學(xué)術(shù)界，新型富勒烯的捕獲被認為是可以進一步定向衍生出功能豐富的富勒烯化合物。如今，國內(nèi)富勒烯(C60、C70)的工業(yè)化生產(chǎn)已達年產(chǎn)噸級規(guī)模，這使深入進行富勒烯的特性研究和應(yīng)用開拓成為可能。富勒烯在太陽能、超導(dǎo)、藥物、微電子等領(lǐng)域都具有應(yīng)用潛力，和我們的生活密切相關(guān)。

　　目前這一成果只是在富勒烯中增加了氯原子，如果將氯原子換成其他的原子會發(fā)生什么情況?這些有待今后科學(xué)家們深入地進行研究。