足球烯是分子晶体吗(首个硼“足球烯”诞生 用于开发新纳米材料及储氢)

由40个硼原子构成的硼球

图片来源：Wang lab/布朗大学

本报讯 就在如火如荼的巴西世界杯落幕之际，科学家也成功打造出世界上第一颗全部由硼原子构成的“巴基球”（又名富勒烯、足球烯）。与碳基材料的巴基球不同，硼分子最终并没有被塑造成标准的足球形状。但这个由硼构成的新形态有望带来新的纳米材料，并可能在储氢中发挥巨大作用。

Robert Curl、Harold Kroto和Richard Smalley于1985年发现了第一个巴基球。这一由60个碳原子构成的中空笼子像一颗足球般布满了五边形和六边形，而它的名字则源自美国建筑师和工程师Richard Buckminster Fuller——此人用类似的图形设计了自己的拱形建筑。这一发现就像打开了防洪闸，从而激发科学家创建出更多具有令人印象深刻的品质的碳结构，例如碳纳米管和单个原子厚度的石墨烯。从那时开始，材料科学家也在探索由其他元素构成的与巴基球类似的结构。

2007年，美国莱斯大学材料科学家Boris Yakobson从理论上提出，由80个硼原子构成的“笼子”应该很稳定。而在这之后1个星期发表的另一项研究则预测了一个由36个硼原子构成的稳定结构。

由罗得岛州普罗维登斯市布朗大学化学家Lai-Sheng Wang率领的研究团队如今成为第一群看见这一猛兽的人——尽管其结构与预测略有不同。研究人员将其称为“40-原子分子硼球”。该结构是以六边形、七边形和三角形排列组成的。

科学家在7月13日出版的《自然—化学》杂志上报告了这一研究成果。

Yakobson说：“我们曾预测了由80个硼原子构成的富勒烯的可能性，而现在，在7年之后，我们看到了非凡的实验证据。”他指出：“特别之处在于这一形态是任何理论计算都未曾预测到的。”

Wang的研究团队是在寻找由硼构成的石墨烯类似物时发现这一结构的。他们注意到由40个硼原子构成的原子团似乎具有异乎寻常的稳定性，但科学家并不知道这些原子团到底是以什么样的形状呈现的。进一步的计算和试验揭示它们形成了两种稳定结构：一种是一个几乎扁平的分子；另一种则是由镶嵌形状组成的球状中空结构，类似于碳基巴基球。

与碳基巴基球相比，除了拥有一个不太优雅的形状之外，硼球还形成了一种不同类型的内在键。这使得它们很难作为单独的“积木”加以使用——因为这些原子具有一种彼此相互作用的趋势，但这种反应可能使硼巴基球更利于在链条中进行连接。这种特性同时使得硼球有能力与氢结合在一起——研究人员表示，这让它们能够用来储存氢。

硼并非碳之后被巴基球化的第一种元素，但它可能是与碳巴基球最类似的产物。Yakobson表示，科学家已经制造出具有巴基球样结构的铀基和硅基化合物，多壁的氮化硼和二硫化钼结构以及较小的金、锡和铅单元素“笼子”。但只有硼似乎与大而中空的原始碳巴基球相匹配及对称。

巴基球一般是指一种由60个碳原子构成的分子。C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。其相对分子质量约为720。（赵熙熙）