同济大学，重磅Nature，突破化学理论极限！

基于sp2杂化原子的全碳材料，如富勒烯、碳纳米管和石墨烯，由于其显著的物理化学性质和应用潜力而得到了广泛的研究。另一个不寻常的全碳同素异形体家族是由两个配位sp杂化原子组成的环[n]碳(Cn)。自20世纪以来，人们一直在气相中对它们进行研究，但它们的高反应性意味着缩合相合成和实空间表征一直具有挑战性，这使得它们的确切分子结构仍存在争议。

2023年11月29日，同济大学许维团队在Nature 在线发表题为“On-surface synthesis of aromatic cyclo[10] carbon and cyclo[14]carbon”的研究论文，该研究改善了之前的表面合成方法，通过尖端诱导的全氯化萘(C10Cl8)和蒽(C14Cl10)分子的脱卤和反伯格曼开环，分别制备了环[10]碳(C10)和环[14]碳(C14)。使用原子力显微镜成像和理论计算表明，与C18和C16相比，C10和C14分别具有累积和类累积结构。该研究结果展示了在表面生成环碳化合物的另一种策略，为表征环碳同素异形体的结构和稳定性提供了途径。

早期的理论预测C10是环状(对于n≥10)和线性(对于n < 10) Cn之间的分水岭，是最大的累积芳烃，而C14被认为是C10的累积结构通过佩尔斯畸变向C18的多环结构转变的点。因此，研究C10和C14的结构是特别有趣的。

先进的扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)，特别是当使用CO端端尖端时，既可以对分子结构进行键分辨表征，也可以通过操纵单个原子来触发化学反应。重要的是，在单分子的高分辨率AFM图像中，多聚部分可以明确地与累积部分区分开来(即三键的明亮特征和连续双键的均匀线特征)。

环[10]碳和环[14]碳的生成反应方案（图源自Nature ）

该研究在4.7 K下通过原子操纵在双层NaCl/ Au(111)表面成功生成芳香环[10]碳和环[14]碳，使得能够通过键分辨AFM成像证实C10的累积结构，正如理论预测的那样。更有趣的是，Peerls -transition中间体C14的实验AFM图像也显示了累积的特征。尽管AFM成像分辨率不足以检测为该分子计算的0.05 Å的小键长交替，但它确实可以识别C14作为累积C10之间的中间结和多炔 C18。该策略和之前的表面合成策略的补充将使其他可能表现出有趣性质的环[n]碳的生成成为可能。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06741-x

转自：“iNature”微信公众号

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