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硼“Buckyball”的第一个实验证据

时间：2021-09-21 10:25:06 来源：

碳粉扑球有一个硼表弟。40硼原子的簇形成空心笼状分子。

一支国际研究人员表明，碳的邻居在周期表上，可以形成类似于粉碎的笼状分子。

普罗维登斯，罗德岛（棕色大学） - 30年前的Soccer-Ball形碳分子的发现，称为BuckyBalls有助于突破纳米技术研究。现在，音高上似乎是一个新的球。

棕色大学的研究人员，山西大学和中国清华大学表明，40个硼原子形成了一个类似于碳粉球的空心分子笼。这是硼笼结构 - 以前只有猜测问题的第一个实验证据 - 确实存在。

“这是一家在实验上观察到硼笼的第一次，”布朗化学教授Lai-Sheng Wang说，该团队们带领了发现。“作为化学家，寻找新的分子和结构总是令人兴奋。硼有能力形成这种结构的事实非常有趣。“

王和他的同事描述了他们在杂志中被称为硼硫酸的分子。

碳粉扑球由60个碳原子布置在五边形和六边形，以形成球体 - 像足球一样。他们在1985年发现的发现很快是发现其他中空碳结构，包括碳纳米管。另一个着名的碳纳米材料 - 一种称为石墨烯的单粗薄片 - 随后不久之后。

在Buckyballs之后，科学家想知道其他元素是否可能形成这些奇数空心结构。一名候选人是硼，碳的周期表。但是因为硼的电子少于碳，所以它不能形成粉碎中发现的相同60原子结构。缺失的电子将导致群集自身崩溃。如果存在硼笼，则必须具有不同数量的原子。

王和他的研究小组多年来一直在研究硼化学。在今年早些时候发布的论文中，王和他的同事表明，36个硼原子的簇形成了一种原子厚的盘，这可能缝合在一起以形成一种模拟到石墨烯，被称为硼烯。王的初步工作表明，有一些关于硼簇的东西，具有40个原子。与其他硼集群相比，它们似乎异常稳定。

弄清楚40-Atom群集实际上看起来需要使用高功率超级计算机的实验工作和建模组合。

在电脑上，王的同事建模了超过10,000种可能的40个硼原子的布置。计算机模拟不仅估计了结构的形状，而且估计了每个结构的电子结合能量 - 一种衡量分子如何紧密地保持其电子的量度。结合能量的光谱用作每个电位结构的独特指纹。

下一步是测试实验室中的硼簇的实际绑定能量，看看它们是否与计算机产生的任何理论结构匹配。为此，王和他的同事使用了一种称为光电子光谱的技术。

散装硼的大块用激光划分为产生硼原子的蒸汽。然后氦气冻结到蒸气成微小的原子簇。用重量分离40个原子的簇，然后用第二激光划分，该第二激光器敲出簇中的电子。喷射的电子苍蝇在长管王呼叫他的“电子赛道”。电子飞向赛道的速度用于确定集群的电子结合能谱 - 其结构指纹。

实验表明，40-原子簇形成具有不同结合光谱的两种结构。那些光谱结果是与计算机模型产生的两个结构的光谱相匹配。一个是半扁平分子，另一个是粉球状球架。

王说：“符合我们模型匹配的绑定谱的实验瞄准态度至关重要。”“实验为我们提供了这些非常特定的签名，并且这些签名适合我们的模型。”

硼硫乙烷分子不能像碳表辛一样球形。通过碳，硼硫代乙烯组成，而不是一系列由碳形成的五元和六元环，而不是48个三角形，四个七边环和两个六元环。几个原子从其他原子中伸出一点，使硼螺膜的表面略微不如巴氏球。

王说，对于硼螺栓的可能用途，它有点太早。他指出，可能是储氢。由于硼的电子缺乏，硼酸烯可能与氢气粘合得很好。因此，微小的硼笼箱可以作​​为氢分子的安全房屋。

但现在，王正在享受发现。

“对我们来说，只是成为第一个观察到这一点的，这是一个非常大的交易，”王说。“当然，如果它结果是很好的，但我们还不知道。希望这一初步发现将促进硼集群的进一步利益和新的想法，以便以批量数综合它们。“

理论建模与由山西大学的Si-Dian Li教授领导的集团和由清华大学李军教授领导的集团完成。这项工作得到了美国国家科学基金会（Che-1263745）和中国国家自然科学基金的支持。

出版物：华金寨，等，“观察全硼富勒烯”，自然化学，2014; DOI：10.1038 / Nchem.1999

图像：布朗大学


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