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李思殿、復旦大學劉智攀和美國布朗大學王來生研究組的合作研究發(fā)現(xiàn)，化學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構。他們命名這種40個硼原子組成的類富勒烯團簇為硼球烯(borospherene)。我系趙亞帆博士和胡憾石博士承擔了部分理論研究工作。該項以“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》雜志上(Nature Chemistry, 2014, DOI: 10.1038/nchem.1999)。光明日報、英國《化學世界》雜志及許多國內外新聞媒體對此項研究工作進行了大量報道。
圖1.硼球烯(B40)分子結構圖
圖2.硼球烯中的多中心雙電子化學鍵
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。十年前王來生教授與李雋教授的研究組曾通過實驗和理論研究，發(fā)現(xiàn)較小尺寸的硼團簇呈平面結構，并具有與碳元素形成的環(huán)狀烯烴類似的化學鍵(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平面結構，稱為硼墨烯(borophene,Nature Communications, 2014, 5, 3113, DOI:10.1038/ncomms4113)。
此次由中美兩國四個研究組合作新發(fā)現(xiàn)的由40個硼原子組成的硼球烯具有類似于碳富勒烯團簇的籠狀結構(圖1)。但由于硼元素比碳少一個電子，硼球烯面上存在由上下兩個六元環(huán)和中間四個七元環(huán)組成的六個空穴，并擁有高度離域的球型多中心化學鍵(圖2)。硼球烯的發(fā)現(xiàn)為開發(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等方面具有應用前景。
有關研究工作參見下列網頁：
http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.1999.html
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