“硼化學(xué)和類富勒烯研究取得重大突破！”就在如火如荼的巴西世界杯落幕之際，13日上午，山西大學(xué)分子科學(xué)研究所翟華金教授興奮地向記者介紹說(shuō)，山西大學(xué)、清華大學(xué)、美國(guó)布朗大學(xué)及復(fù)旦大學(xué)化學(xué)家密切合作，首次發(fā)現(xiàn)了全硼富勒烯B40團(tuán)簇(All-BoronFullerene)，并將其命名為硼球烯(Borospherene)。該研究成果于13日在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·化學(xué)》在線發(fā)表。

據(jù)《光明日?qǐng)?bào)》消息，翟華金教授介紹，B40的發(fā)現(xiàn)是硼球烯實(shí)驗(yàn)和理論研究的開(kāi)端，是一個(gè)與碳富勒烯平行、具有廣闊應(yīng)用前景的科學(xué)研究新領(lǐng)域。研究表明，硼球烯和低維硼納米結(jié)構(gòu)與相應(yīng)碳富勒烯和低維碳納米材料在性能上具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，兩者結(jié)合可能對(duì)解決人類面臨的能源和環(huán)境危機(jī)提供新的科學(xué)思路和技術(shù)。

1985年，以籠狀C60為代表的碳富勒烯家族的發(fā)現(xiàn)成為世界科學(xué)史上的重要里程碑。該成果1996年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，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)。據(jù)觀察者網(wǎng)編輯查詢，富勒烯因外形很像足球，又有足球烯之稱，或被音譯為巴基球。

翟華金說(shuō)，B40是繼C60之后第二個(gè)從實(shí)驗(yàn)和理論上完全確認(rèn)的無(wú)機(jī)非金屬籠狀團(tuán)簇，但由于硼的典型缺電子性，B40具有與傳統(tǒng)碳富勒烯顯著不同的結(jié)構(gòu)和成鍵特征（即最終并未被塑造成標(biāo)準(zhǔn)的足球形狀——觀察者網(wǎng)注）。它可以進(jìn)一步作為分子器件，進(jìn)行各種金屬摻雜、化學(xué)修飾和配體保護(hù)，形成具有新穎結(jié)構(gòu)的一維、二維和三維納米材料，在儲(chǔ)氫儲(chǔ)鋰、半導(dǎo)體、超導(dǎo)、綠色催化等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。

據(jù)悉，自第一個(gè)巴基球被發(fā)現(xiàn)之后，科學(xué)家曾創(chuàng)建出更多具有令人印象深刻的品質(zhì)的碳結(jié)構(gòu)，例如碳納米管和單個(gè)原子厚度的石墨烯。從那時(shí)開(kāi)始，材料科學(xué)家也在探索由其他元素構(gòu)成的與巴基球類似的結(jié)構(gòu)。

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2007年，美國(guó)萊斯大學(xué)材料科學(xué)家BorisYakobson曾從理論上提出，由80個(gè)硼原子構(gòu)成的“籠子”應(yīng)該很穩(wěn)定。而在這之后1個(gè)星期發(fā)表的另一項(xiàng)研究則預(yù)測(cè)了一個(gè)由36個(gè)硼原子構(gòu)成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

2013年3月以來(lái)，山西大學(xué)分子科學(xué)研究所翟華金教授、李思殿教授與清華大學(xué)李雋教授、美國(guó)布朗大學(xué)Lai-ShengWang教授及復(fù)旦大學(xué)劉智攀教授課題組合作，結(jié)合特征實(shí)驗(yàn)光電子能譜、全局結(jié)構(gòu)搜索和嚴(yán)格量子化學(xué)理論計(jì)算，經(jīng)過(guò)一年多的艱苦努力和協(xié)同創(chuàng)新，首次在氣相中觀察到由雙鏈交織而成、具有完美D2d對(duì)稱性的籠狀B40全硼富勒烯團(tuán)簇。

該空心籠狀分子由頂端和底端兩個(gè)相互交錯(cuò)的B6六元環(huán)及腰上兩兩相對(duì)的四個(gè)B7七元環(huán)相互融合而成，沿二重主軸方向略有拉長(zhǎng)。

萊斯大學(xué)的Yakobson對(duì)此評(píng)價(jià)道：“我們?cè)A(yù)測(cè)了由80個(gè)硼原子構(gòu)成的富勒烯的可能性，而現(xiàn)在，在7年之后，我們看到了非凡的實(shí)驗(yàn)證據(jù)?！彼赋觯骸疤貏e之處在于這一形態(tài)是任何理論計(jì)算都未曾預(yù)測(cè)到的?！?/p>

另?yè)?jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》報(bào)道，在研究中，布朗大學(xué)Lai-ShengWang教授的研究團(tuán)隊(duì)是在尋找由硼構(gòu)成的石墨烯類似物時(shí)發(fā)現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)的。他們注意到由40個(gè)硼原子構(gòu)成的原子團(tuán)似乎具有異乎尋常的穩(wěn)定性，但科學(xué)家并不知道這些原子團(tuán)到底是以什么樣的形狀呈現(xiàn)的。進(jìn)一步的計(jì)算和試驗(yàn)揭示它們形成了兩種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)：一種是一個(gè)幾乎扁平的分子；另一種則是由鑲嵌形狀組成的球狀中空結(jié)構(gòu)，類似于碳基巴基球。

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與碳基巴基球相比，除了擁有一個(gè)不太優(yōu)雅的形狀之外，硼球還形成了一種不同類型的內(nèi)在鍵。這使得它們很難作為單獨(dú)的“積木”加以使用——因?yàn)檫@些原子具有一種彼此相互作用的趨勢(shì)，但這種反應(yīng)可能使硼巴基球更利于在鏈條中進(jìn)行連接。這種特性同時(shí)使得硼球有能力與氫結(jié)合在一起——研究人員表示，這讓它們能夠用來(lái)儲(chǔ)存氫。

硼并非碳之后被巴基球化的第一種元素，但它可能是與碳巴基球最類似的產(chǎn)物。Yakobson表示，科學(xué)家已經(jīng)制造出具有巴基球樣結(jié)構(gòu)的鈾基和硅基化合物，多壁的氮化硼和二硫化鉬結(jié)構(gòu)以及較小的金、錫和鉛單元素“籠子”。但只有硼似乎與大而中空的原始碳巴基球相匹配及對(duì)稱。

巴基球一般是指一種由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子。C60是單純由碳原子結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，它具有60個(gè)頂點(diǎn)和32個(gè)面，其中12個(gè)為正五邊形，20個(gè)為正六邊形。其相對(duì)分子質(zhì)量約為720。