科学家合成出前所未见的铋分子 数十年之久的化学难题迎刃而解

卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员成功合成并稳定了一种Bi₅环--一种由五个铋原子组成的分子--金属复合物。 这一成果填补了化学研究领域的一个关键空白，为材料科学、催化和电子学领域的应用提供了新的可能性。 这项研究发表在《自然-化学》（Nature Chemistry）上。

铋是一种重型无毒金属元素，以其独特的电子特性和在材料科学领域的潜在应用而闻名。 KIT 的研究人员成功合成并稳定了 Bi₅--环（一种五原子铋分子），这将为催化、电子和可持续技术带来新的可能性。 上图为铋晶体。

"通过合成Bi5-环，我们回答了一个长期存在的基础研究问题。" KIT 无机化学研究所的 Stefanie Dehnen 教授说："未来，这种分子可能会在新材料和化学工艺的开发中发挥重要作用。"

Dehnen 表示，Bi5-环的结构与环戊二烯分子 (C5H5)- 相似，这一点尤其令人感兴趣，环戊二烯分子 (C5H5)- 具有广泛的工业应用。 然而，Bi5-环的不同之处在于它的质量更大，而且具有独特的电子特性。

几十年来，研究人员一直在寻找环戊二烯环的重型类似物，即用较重元素原子取代原有碳原子和氢原子的分子。 这种分子具有潜在的有趣和吸引人的特性，可用于催化化学反应或电子元件材料。

尽管根据预测，这种环具有与 (C5H5)- 类似的芳香特性，如电子的稳定分布，但含有铋原子（一种重金属元素，但无毒）的类似物以前还没有生产出来。 该环的成功分离表明，即使是最重的变体也可以整合到稳定的化合物中，并用于化学反应。

Stefanie Dehnen 教授（左）与 Benjamin Peerless 博士（中）和 Julia Rienmüller 博士（右）在实验室。 图片来源：KIT

在量子材料与技术研究所（IQMT）的 Florian Weigend 教授和 KIT 物理研究所的 Wolfgang Wernsdorfer 教授领导的小组的合作下，应用高精度分析方法详细了解了产品 [{IMesCo}2Bi5] 的特殊电子和磁性特征。 不出所料，研究结果表明这种分子在催化和电子学领域的应用前景尤为广阔。

Dehnen 和她的团队通过经验、直觉和现代合成技术的结合实现了这一合成。 Dehnen 最近获得了国际理论化学和应用化学联合会（IUPAC）颁发的化学或化学工程杰出女性奖，她认为，一个关键因素是使用了一种特殊的溶剂。

该研究小组的工作证明了基础研究对于科学突破的重要性。 这些成果不仅是化学领域的里程碑，也为开发更高效、更环保的技术奠定了基础。

该项目得到了德国研究基金会和欧洲研究理事会的资助。 研究小组打算进一步研究基于Bi5--环的化合物，以充分挖掘其在化学反应和材料科学应用方面的潜力。 研究计划还包括使用机器学习方法来加速研究并进一步改进合成途径。

Dehnen 说："我们希望我们的工作能鼓励其他研究人员沿着这条路线继续前进，并开发出新的应用。 她和她的团队还希望与感兴趣的公司和研究机构合作。"

编译自/ScitechDaily