在大多数化学家放弃尝试很久之后，一组研究人员合成了第一个纯碳环状分子-18个原子的圆。

化学家从碳和氧的三角形分子开始，然后用电流对其进行操作以创建碳18环。对称为环碳的分子性质的初步研究表明，它可以作为半导体，使类似的直碳链可用作分子规模的电子组件。

日本大阪大学化学家Tobe Yoshito Tobe说，这是一项“绝对惊人的工作”，开辟了一个新的研究领域。托贝说：“包括我在内的任何科学家都试图捕获环碳并确定其分子结构，但徒劳无功。”结果显示在8月15日的Science1中。

纯碳有几种不同的形式，包括金刚石，石墨和“纳米管”。元素的原子可以以各种构型与其自身形成化学键：例如，每个原子可以金字塔形的方式与四个邻居结合，例如在钻石中；或三个，如组成单原子厚石墨烯片的六边形图案。（在本体石墨，碳纳米管和称为富勒烯的球状分子中也发现了这种三键模式。）

但是碳也可以与附近两个原子形成键。纽约州伊萨卡市康奈尔大学的诺贝尔化学奖得主，化学家罗尔德·霍夫曼（Roald Hoffmann）等人长期以来一直认为，这将产生纯碳原子链。每个原子可以在每一侧形成一个双键（即相邻原子共享两个电子），或者在一侧形成一个三键，在另一侧形成一个单键。各种团队已经尝试根据这种模式来合成环或链。

但是，由于这种类型的结构比石墨烯或金刚石具有更高的化学反应性，因此稳定性较差，尤其是在弯曲时，英国牛津大学的化学家Przemyslaw Gawel说。合成稳定的链和环通常需要包含除碳以外的元素。一些实验暗示了在气体云中会形成全碳环，但是他们没有找到确凿的证据。

一环

现在，加维尔（Gawel）和他的合作者已经创造并构想了人们期待已久的环状分子carbon-18。他的合作者牛津大学化学家洛雷尔·斯克里文（Lorel Scriven）使用标准的“化学”化学方法，首先合成了分子，这些分子包括从环上掉下来且氧原子与正方形相连的四碳正方形。然后，该团队将样品发送到位于瑞士苏黎世的IBM实验室，在此实验室，合作者将氧-碳分子置于高真空室内的氯化钠层上。他们用电流一次操纵一个环（使用原子力显微镜，也可以用作扫描隧道显微镜），以除去多余的含氧部分。经过反复试验，显微照片显示18碳结构。斯克里文说：“从来没有想过我会看到这个。”

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IBM研究人员表明18碳环具有交替的三键和单键。关于碳18是具有这种结构还是完全由双键构成的理论研究结果存在分歧。

交替键的类型很有趣，因为它们应该赋予碳链并使其具有半导体的特性。Gawel说，结果表明，长而直的碳链也可能是半导体，这可能使其成为未来分子大小晶体管的组件。

目前，研究人员将研究碳18的基本特性，他们只能一次制造一个分子。他们还将继续尝试可能产生更多数量的替代技术。加维尔说：“到目前为止，他的研究都是非常基础的。”

霍夫曼说：“他的作品很漂亮。”他补充说，将碳18运离盐表面时是否稳定，以及一次能否比一个分子更有效地合成还有待观察。

自然572，426（2019）