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【資料圖】

日本京都大學(xué)的研究人員對(duì)完全由碳原子組成的球形分子（稱為富勒烯）的獨(dú)特化學(xué)特性有了新的認(rèn)識(shí)。他們通過(guò)制造分子的扁平碎片做到了這一點(diǎn)，這些碎片令人驚訝地保留甚至增強(qiáng)了一些關(guān)鍵的化學(xué)特性。該團(tuán)隊(duì)在《自然通訊》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

即使沒(méi)有富勒烯的對(duì)稱性和曲率，所設(shè)計(jì)的保持五邊形子結(jié)構(gòu)的扁平富勒烯片段也顯示出與富勒烯相同的電子接受特性。資料來(lái)源：YAP有限公司

綜合細(xì)胞材料科學(xué)研究所（iCeMS）的小組負(fù)責(zé)人深澤愛(ài)子說(shuō)："我們的工作可以在廣泛的應(yīng)用中帶來(lái)新的機(jī)會(huì)，例如半導(dǎo)體、光電轉(zhuǎn)換裝置、電池和催化劑。"

Buckminsterfullerene（或簡(jiǎn)稱"buckyball"）是一種分子，其中60個(gè)碳原子結(jié)合在一起，形成一個(gè)球形。它因與著名建筑師巴克明斯特-富勒設(shè)計(jì)的測(cè)地穹頂結(jié)構(gòu)相似而得名，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不斷引起科學(xué)家的興趣。巴克明斯特-富勒烯和相關(guān)的具有不同數(shù)量碳原子的球形碳簇被俗稱為富勒烯，是以富勒的姓氏命名的。它們最吸引人的特征之一是接受電子的能力，這一過(guò)程被稱為還原。由于其接受電子的特性，富勒烯及其衍生物已被廣泛地研究為有機(jī)薄膜晶體管和有機(jī)光伏中的電子傳輸材料。然而，與其他傳統(tǒng)的有機(jī)電子接受體相比，富勒烯是一類(lèi)反常的材料，因?yàn)樗鼈儗?duì)接受多個(gè)電子具有強(qiáng)大的能力。

理論化學(xué)家們提出了三個(gè)可能的因素，這些因素可能是富勒烯的電子接受能力背后的原因：整個(gè)分子的高度對(duì)稱性，其碳原子的金字塔式排列的鍵，以及分布在六元環(huán)中的五邊形子結(jié)構(gòu)的存在。

京都團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了五角環(huán)的影響。他們?cè)O(shè)計(jì)并合成了扁平的富勒烯片段，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這些分子可以接受多達(dá)與其結(jié)構(gòu)中五元環(huán)數(shù)量相等的電子而不發(fā)生分解。

深澤說(shuō)："這一驚人的發(fā)現(xiàn)突出了五邊形子結(jié)構(gòu)對(duì)于產(chǎn)生穩(wěn)定的多電子接受系統(tǒng)的關(guān)鍵意義。"

實(shí)驗(yàn)還顯示，與富勒烯本身更有限的吸收能力相比，這些碎片顯示出更強(qiáng)的紫外線、可見(jiàn)光和近紅外光的吸收能力。這可能為光化學(xué)帶來(lái)新的可能性，例如利用光來(lái)啟動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，或開(kāi)發(fā)光傳感器或太陽(yáng)能系統(tǒng)。

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在將探索他們的扁平富勒烯碎片在與電子轉(zhuǎn)移過(guò)程相關(guān)的大量應(yīng)用中所擁有的可能性。在僅由碳組成的分子中獲得如此高的電子接受能力是不尋常的，避免了在碳基框架上引入其他吸電子的原子或功能團(tuán)的典型要求。然而，繼續(xù)探索加入其他原子或化學(xué)基團(tuán)的效果，可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)化學(xué)特性的額外控制和多功能性。

深澤說(shuō)："我們希望通過(guò)利用它們的高自由度來(lái)探索結(jié)構(gòu)修改的效果，開(kāi)創(chuàng)我們稱之為超級(jí)電子接受碳?xì)浠衔锏目茖W(xué)和技術(shù)。"