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日专家成功对笼状碳分子进行“分子手术”
http://www.sciencehuman.com 科学人
网站 2005-01-20
新华社北京１月１７日电 日本科学家使用有机化学合成的方法，成功地对富勒烯进行“分子手术”，往这种笼状碳分子中装入了氢分子。
这是人们首次完全用化学方法生成装有氢分子的完整富勒烯分子。使用这一方法，还可能制造出装有金属原子或某些小分子的富勒烯。与传统的物理方法相比，新方法生产效率更高，更易于控制。
这项 研究是京都大学化学研究所小松紘一教授及其同事作出的，有关论文发表在最新一期美国《科学》杂志上。
富勒烯是由碳原子形成的一系列笼状分子的总称，其中最常见的是由６０个碳原子形成的球形笼状分子，称为碳６０。它是一种典型的纳米材料，直径约１纳米（１纳米等于１０亿分之一米）。
富勒烯分子是空心的笼子。笼子里装有其他原子和分子时，富勒烯会展现出独特的性质。这类被称为“内生富勒烯”的分子对基础研究非常重要，并在半导体材料、医药等方面有巨大的应用潜力。
以前只能用物理方法生成内生富勒烯，例如使金属原子和碳原子一同蒸发，或对气体进行高温高压处理。这种方法很难控制，而且产量极低，往往费尽心力只能生成几毫克产品。产量低的局限严重阻碍了对内生富勒烯的研究。
“分子手术”是用化学方法在富勒烯分子上打开缺口，将氢分子等装入其中，再用化学方法使缺口闭合。此前有科学家曾在碳６０分子上打开一个１４条边、近似椭圆的缺口，装入氢分子，但没有“缝合”这个“手术伤口”。小松紘一的研究小组首次完整地进行了“分子手术”，通过化学反应在碳６０笼子上打开缺口、装入氢分子，并使缺口闭合。
研究人员首先通过三个阶段的化学反应，在碳６０分子上打开一个１３边形的缺口，将这种开口的“笼子”放入高温高压的氢气槽后，氢分子就进入其中。由于这个缺口更接近圆形，装入氢分子的效率很高。随后，经过三个阶段的化学反应，使缺口缩小到８边形。最后再在真空中加热，完全关闭该分子缺口，这样就完成了装入氢的内生富勒烯分子。
小松紘一表示，他的下个目标是把金属原子装入富勒烯分子。名古屋大学教授篠原久典对这一成果给予了很高的评价，他说：“这是首次用化学手段控制整个过程，并在富勒烯内部装入分子，这非常难得并且让人赞叹。”
富勒烯已投入批量生产，如果有关研究进展顺利，将可能大量生产装有金属原子的内生富勒烯，这将是纳米技术领域的一个突破。
[完]
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