中美合作研究发现全硼富勒烯:硼球烯

 

我系李隽教授研究组与山西大学李思殿、复旦大学刘智攀和美国布朗大学王来生研究组的合作研究发现,化学元素周期表中与碳相邻的硼元素可以形成类似富勒烯的球型结构。他们命名这种40个硼原子组成的类富勒烯团簇为硼球烯(borospherene)。我系赵亚帆博士和胡憾石博士承担了部分理论研究工作。该项以“Observation of an All-Boron Fullerene"为题的研究工作发表在713日的《自然化学》杂志上(Nature Chemistry, 2014, DOI: 10.1038/nchem.1999)。光明日报、英国《化学世界》杂志及许多国内外新闻媒体对此项研究工作进行了大量报道。

   

   1. 硼球烯(B40)分子结构图      

 

     

 2. 硼球烯中的多中心双电子化学键

 

 

         1985年,以足球状碳-60为代表的碳富勒烯家族的发现为之后的单壁碳纳米管及单原子层石墨烯的发现奠定了基础。十年前王来生教授与李隽教授的研究组曾通过实验和理论研究,发现较小尺寸的硼团簇呈平面结构,并具有与碳元素形成的环状烯烃类似的化学键(Nature Materials, 2003, 2, 827-833)。今年初,他们合作发现硼元素还能形成与石墨烯类似的准平面结构,称为硼墨烯(borophene, Nature Communications, 2014, 5, 3113, DOI:10.1038/ncomms4113)

      此次由中美两国四个研究组合作新发现的由40个硼原子组成的硼球烯具有类似于碳富勒烯团簇的笼状结构(1) 但由于硼元素比碳少一个电子,硼球烯面上存在由上下两个六元环和中间四个七元环组成的六个空穴,并拥有高度离域的球型多中心化学键(2)。硼球烯的发现为开发硼的新材料提供了重要线索。鉴于与碳材料的显著不同,硼球烯材料有可能在能源、环境、光电材料和药物化学等方面具有应用前景。

 

有关研究工作参见下列网页:

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.1999.html