一對成功“翻身(shen)”的躺平電子竟登上(shang)了(le)《科學》？

　　南方科技大學(xue)副教授劉柳(liu)團隊在近日(ri)出版(ban)的(de)《科學(xue)》發表最新研究成果——他(ta)們(men)發現了(le)一種反電子態雙親(qin)性卡賓。這(zhe)類卡賓的(de)卷起分(fen)離表征拓展了(le)人們(men)對碳化學(xue)的(de)認知，并有望促成雙親(qin)性主(zhu)族元素化學(xue)的(de)躺平革新。

　　“我們的卷起研究聚焦于創制主族元素的新型結構基元，對于深入理解主族元素的躺平成鍵模式，以及開發具有特殊功能的卷起百姓彩票官網登錄主(zhu)族元素分子、材料和(he)藥物等具(ju)有重要意義。躺平(ping)”論文通(tong)訊作者劉(liu)柳表示。卷(juan)起

　　審稿(gao)人評(ping)價(jia)該(gai)研(yan)究“是躺(tang)平一(yi)次實(shi)驗上的杰作”“對卡賓化學研(yan)究有(you)重要貢獻(xian)”。

　　卡賓電子“翻身”歷險記

　　在化學界，卷起卡賓是躺平一類重要的活性炭物種，在催化、卷起材料科學、躺平百姓神彩票藥(yao)物化學等領(ling)域有廣泛(fan)的卷起應用(yong)價值。

　　卡(ka)賓(bin)擁有兩種電子狀態(tai)(tai)，躺平即單(dan)線(xian)態(tai)(tai)和三(san)線(xian)態(tai)(tai)。自上世紀(ji)80年(nian)代至90年(nian)代初，科學(xue)家首次分離單(dan)線(xian)態(tai)(tai)卡(ka)賓(bin)以來，研究人員(yuan)便不斷探索卡(ka)賓(bin)的研究和應(ying)用。早期理論計算顯(xian)示，母體卡(ka)賓(bin)的σ0π2單(dan)線(xian)態(tai)(tai)能量比其σ1π1基(ji)態(tai)(tai)能量要高60.1千卡(ka)每(mei)摩爾。

　　在當前研究中，已分離并通過晶體表征的卡賓幾乎都是單線態，且為σ2π0型單線態卡賓。“也就是快3百姓彩票說(shuo)，單線(xian)態卡賓通常的孤對電子都在(zai)平面(mian)內‘躺平’，平面(mian)外(wai)會有一個空軌道。”論文第一作(zuo)者、南方科技(ji)大學化學系高級研究學者胡超朋介紹。

　　劉柳團隊的工作，就是要讓這個“躺平”的孤對電子(zi)硬(ying)生(sheng)生(sheng)地(di)“卷(juan)”起來。在該(gai)研(yan)究中，研(yan)究人員從微觀(guan)角度發現(xian)了(le)一種(zhong)不(bu)同電子(zi)態(tai)的穩定卡賓(bin)(bin)，其獨特的電子(zi)狀態(tai)說明其參與化(hua)學反應(ying)的方式與傳統單線(xian)態(tai)卡賓(bin)(bin)不(bu)同。

　　“對(dui)這類卡賓(bin)的(de)深入研究(jiu)有(you)望在分子(zi)性質(zhi)、化學反應機制(zhi)等方面發(fa)現與傳統卡賓(bin)不同的(de)結(jie)果(guo)，它的(de)用途有(you)待我(wo)(wo)們(men)后續展開研究(jiu)。希望這一類卡賓(bin)能為我(wo)(wo)們(men)打開化學領域未(wei)知世(shi)界(jie)的(de)大門(men)。”胡超朋說。

　　摸著石頭過河

　　開(kai)啟這(zhe)項研(yan)究的(de)(de)契機源于2022年10月(yue)劉(liu)柳在(zai)給學生上課時(shi)產生的(de)(de)靈感——如(ru)果能合成(cheng)σ0π2卡(ka)賓，那么金屬(shu)對該卡(ka)賓的(de)(de)配(pei)位模式(shi)通常會采用(yong)從(cong)上往下配(pei)的(de)(de)方(fang)式(shi)，即(ji)在(zai)卡(ka)賓碳(tan)的(de)(de)π軌道方(fang)向配(pei)位，而不(bu)是(shi)在(zai)普(pu)通卡(ka)賓的(de)(de)面(mian)內配(pei)位，即(ji)在(zai)卡(ka)賓碳(tan)的(de)(de)σ軌道方(fang)向配(pei)位。

　　基于這一靈感，劉(liu)柳帶領團隊(dui)摸著石(shi)頭過河，通(tong)過理論(lun)計算模擬猜想(xiang)。經過3個月的策略調整，研(yan)究(jiu)團隊(dui)首先在高(gao)分辨質譜(pu)中捕(bu)獲了這類卡(ka)賓的信息。

　　2023年2月，經過(guo)5個月的反(fan)復嘗試，研(yan)究(jiu)團隊迎(ying)來了反(fan)電子態(tai)卡(ka)賓(bin)(bin)晶(jing)體的誕(dan)生，并在后(hou)續的實驗研(yan)究(jiu)、數據收集和驗證后(hou)，完成了反(fan)電子態(tai)（σ0π2型單線(xian)態(tai)）卡(ka)賓(bin)(bin)課題。

　　“我們的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)證實(shi)(shi)了這一反常(chang)態卡賓的(de)(de)(de)(de)真實(shi)(shi)結構（σ0π2），將面(mian)內(nei)的(de)(de)(de)(de)卡賓電(dian)子(zi)和面(mian)外的(de)(de)(de)(de)空軌道翻轉過來，它(ta)的(de)(de)(de)(de)標志性碳核磁化學(xue)位移飄到驚人(ren)的(de)(de)(de)(de)-30ppm左右(you)，而以往的(de)(de)(de)(de)卡賓碳在180ppm以上(shang)。”論文作者(zhe)、南方科技大學(xue)博士研究生王新峰說，這意味著團隊(dui)發現的(de)(de)(de)(de)這類卡賓擁有穩定的(de)(de)(de)(de)電(dian)子(zi)態。

　　晶(jing)體的(de)(de)培養是(shi)這項研究的(de)(de)主(zhu)要難點之(zhi)一。研究團(tuan)隊(dui)嘗試了多次(ci)(ci)卡賓配位銀(yin)離子(zi)的(de)(de)晶(jing)體，培養結(jie)果(guo)均為銀(yin)離子(zi)嚴重無(wu)序，導致每次(ci)(ci)晶(jing)體的(de)(de)測(ce)試結(jie)果(guo)和理論預期都有落差。研究團(tuan)隊(dui)通過篩選多種實(shi)驗條件，最終獲得了合適的(de)(de)晶(jing)體，這一晶(jing)體是(shi)證實(shi)卡賓電子(zi)態(tai)的(de)(de)關鍵(jian)實(shi)驗證據。

　　勇于探索科學未知

　　談到投稿過程，劉柳回憶說，他在(zai)學生時期，就作為第(di)一(yi)作者(zhe)將兩(liang)篇(pian)論(lun)文投向《自(zi)然》和《科學》，但沒有成功發表。

　　為了確(que)保論(lun)文(wen)能(neng)夠順(shun)利發(fa)表(biao)，2023年(nian)暑假，劉柳通讀了近10年(nian)所有(you)發(fa)表(biao)在《自然》和(he)《科(ke)學》上的主族元素化學領域論(lun)文(wen)，并對此次(ci)投稿的論(lun)文(wen)反(fan)復斟(zhen)酌和(he)修訂，在累計修改了21個版本(ben)后，直到2023年(nian)9月3日(ri)才將論(lun)文(wen)提交。

　　事實證明，前(qian)期的充分準備得到了回報。他提交的這篇(pian)論文僅在(zai)編(bian)輯(ji)部評估3天(tian)后就被送審(shen)(shen)，一(yi)個月(yue)后便收到了審(shen)(shen)稿(gao)人的正(zheng)面(mian)反饋意見。

　　“天道酬勤(qin)是對我(wo)們課題(ti)組現階(jie)段工作(zuo)(zuo)最好的(de)(de)闡釋。我(wo)們都是‘自來卷兒’。”胡超朋回憶說(shuo)，在(zai)合成配體時，課題(ti)卡在(zai)了關鍵原(yuan)料(liao)重氮鋰鹽(yan)的(de)(de)合成上，這讓(rang)(rang)研究團(tuan)隊(dui)的(de)(de)工作(zuo)(zuo)停(ting)滯一個多月。而此時王新峰加入了團(tuan)隊(dui)，解決了合成方面的(de)(de)關鍵問題(ti)，并且快(kuai)速高效地儲備(bei)了大量配體，讓(rang)(rang)后期的(de)(de)實(shi)驗(yan)得以穩步推進。

　　被(bei)團隊成員戲稱為“大(da)(da)師兄”的王新(xin)峰，在南方科(ke)技(ji)大(da)(da)學有過(guo)4年(nian)(nian)的“碩士后(hou)”經(jing)歷。正是這幾年(nian)(nian)的科(ke)研經(jing)歷，讓他(ta)收獲了“備(bei)大(da)(da)料”的經(jing)驗。

　　“正是因為課題組成(cheng)員(yuan)的(de)努(nu)力和執著(zhu)，我們才能不斷(duan)向前推(tui)進主(zhu)族元素化(hua)學的(de)發展。”劉柳說，這項(xiang)成(cheng)果不僅拓展了教科(ke)書對(dui)單線態卡賓的(de)定義，還豐富(fu)了人們對(dui)碳化(hua)學的(de)認知，有望(wang)在合成(cheng)化(hua)學、材料科(ke)學及生物(wu)醫學等(deng)多個(ge)領域產生深遠影(ying)響。

　　接下來，研究(jiu)團隊(dui)將在小分子(zi)活化(hua)領域，尤其是解決基于碳(tan)元素(su)的氮氣活化(hua)等問題方(fang)面發力，同(tong)時更深(shen)入研究(jiu)卡賓化(hua)學，探索更高效、環(huan)保的新方(fang)法(fa)。(刁雯蕙(hui))