在大多數(shù)化學(xué)家都已然放棄嘗試很久之后，一個(gè)研究小組終于合成出第一個(gè)由18個(gè)原子組成的環(huán)狀純碳分子?；瘜W(xué)家從一個(gè)由碳和氧組成的三角形分子入手——他們用電流操縱來(lái)制造這個(gè)碳-18環(huán)。對(duì)這種被稱為環(huán)碳的分子性質(zhì)進(jìn)行的初步研究表明，它具有半導(dǎo)體的功能，可以使類似的直碳鏈成為分子級(jí)電子元件。

這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在8月15日出版的美國(guó)《科學(xué)》雜志上。純碳有幾種不同的形式，包括鉆石、石墨和“納米管”。元素的原子可以與自身形成各種構(gòu)型的化學(xué)鍵，例如，每個(gè)原子都能以金字塔形狀與4個(gè)相鄰的原子結(jié)合，就像鉆石一樣；或者與3個(gè)相鄰的原子結(jié)合，比如構(gòu)成單原子厚度石墨烯薄片的六角形模式(在塊狀石墨、碳納米管和被稱為富勒烯的球狀分子中也發(fā)現(xiàn)了這種三鍵結(jié)構(gòu))。

然而碳也可以僅僅和附近的兩個(gè)原子成鍵。長(zhǎng)期以來(lái)，諾貝爾獎(jiǎng)得主、紐約州伊薩卡市康奈爾大學(xué)化學(xué)家Roald Hoffmann等人認(rèn)為，這將導(dǎo)致純碳原子鏈的形成。每個(gè)原子可以在每一邊形成一個(gè)雙鍵——這意味著相鄰的原子共用兩個(gè)電子，或者在一邊形成一個(gè)三鍵，在另一邊形成一個(gè)單鍵。不同的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)嘗試基于這種模式的合成環(huán)或鏈。

但是英國(guó)牛津大學(xué)化學(xué)家Przemyslaw Gawel說(shuō)，由于這種結(jié)構(gòu)類型比石墨烯或金剛石具有更強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)性，因此其穩(wěn)定性較差，尤其是在彎曲時(shí)。合成穩(wěn)定的鏈和環(huán)通常需要包含碳以外的元素。一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)暗示在一個(gè)氣體云中會(huì)產(chǎn)生全碳環(huán)，但還沒有找到確鑿的證據(jù)。

Gawel和他的合作者現(xiàn)在已經(jīng)創(chuàng)造出了長(zhǎng)期尋找的環(huán)狀分子碳-18并進(jìn)行了成像。通過使用標(biāo)準(zhǔn)的“濕”化學(xué)方法，他的合作者、牛津大學(xué)化學(xué)家Lorel Scriven，首次合成的分子包括從環(huán)上脫落的有4個(gè)碳的正方形，同時(shí)正方形上附著有氧原子。隨后，研究小組將他們的樣本送到位于瑞士蘇黎世的IBM實(shí)驗(yàn)室。在那里，合作者將氧—碳分子放在一層氯化鈉上，并置于一個(gè)高真空室內(nèi)。研究人員用電流(借助原子力顯微鏡，也可以使用掃描調(diào)諧顯微鏡)一次操作一個(gè)環(huán)，以去除多余的含氧部分。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，顯微掃描顯示了18個(gè)碳原子的結(jié)構(gòu)?！拔覐臎]想過會(huì)看到這個(gè)?！盨criven說(shuō)。IBM的研究人員表示，18碳環(huán)有交替的三鍵和單鍵。對(duì)于碳-18到底具有這種結(jié)構(gòu)，還是完全由雙鍵構(gòu)成，理論研究結(jié)果一直存在分歧。

研究人員認(rèn)為，交替的化學(xué)鍵類型很有趣，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為賦予了碳鏈和碳環(huán)以半導(dǎo)體的性質(zhì)。研究結(jié)果表明，長(zhǎng)而直的碳鏈也可能是半導(dǎo)體，Gawel說(shuō)，這可能使它們?cè)谖磥?lái)成為分子大小的晶體管的有用組件。

目前，研究人員正在研究碳-18的基本性質(zhì)，他們一次只能生成一個(gè)分子。研究人員還將繼續(xù)嘗試其他可能有更多產(chǎn)量的技術(shù)?！捌駷橹?，這只是非?；A(chǔ)的研究?！盙awel說(shuō)。Hoffmann表示：“這項(xiàng)研究工作很漂亮?！辈贿^他補(bǔ)充說(shuō)，碳-18在脫離鹽表面后是否穩(wěn)定，以及它是否能比一次合成一個(gè)分子更有效，還有待進(jìn)一步觀察。(中國(guó)科學(xué)報(bào))