北京
长期以来，由于内部键合的限制，人们一直认为几乎不可能对这些分子的内部进行修饰。
日本名古屋大学通过在纳米碳合成中运用骨架编辑技术，取得了一项化学突破。
研究团队并未止步于外部边缘，而是在平坦、刚性的碳分子内部切断并重构化学键，构建出以往无法实现的复杂内部结构。这一新方法成功合成了独特的手性纳米碳，这些复杂的分子形状以不可重叠的左手性与右手性镜像形式存在。
内部分子修饰
纳米碳是微小的碳结构，为未来的材料奠定基础。
但化学界有一条不成文的法则：不要动碳片内部的结构。
平坦的碳分子非常刚硬，内部键将其锁定为扁平的六边形网格。一旦试图迫使中心发生改变，剧烈的结构张力便会使分子破碎。因此，合成化学家一直求稳，仅通过在外围边缘连接较小的碳碎片来构建下一代材料。
在这项新进展中，团队转向了一种被称为骨架编辑的精密化学手术。
该技术长期用于药物开发，化学家通过替换药物化合物内部的单个原子来微调其与人体的相互作用。然而，将其应用于庞大的非生物纳米碳，曾一度被认为毫无可行性。
名古屋大学团队证明了怀疑者是错误的。通过精确选择起始分子和反应，内部键被切断并重新组装成不同形状。
此次创造出的结构中，有一个嵌在手性骨架内的庞大十碳环——这在此前被认为是不可能实现的结构壮举。此外，还有一种类似微型DNA链的分子双螺旋。
这些分子是“手性”的，以清晰的左手型和右手型存在，就像人的双手一样。以如此高的精度（不对称合成）生成特定左手或右手形态的大型纳米碳，此前仅实现过两次。
潜在应用
有意思的是，这些新打造的分子结构展现出引人注目的物理性质。
当暴露在光照下，该技术制备的每种纳米碳都会发出沿紧密螺旋路径传播的光。其中两种合成变体可以吸收并容纳多个电荷而不分解。另一种则在高达280°C的温度下仍保持其扭曲形状。
最引人注目的是，双螺旋分子自行组装成充满螺旋通道的多孔晶体骨架。这些微孔可以选择性地捕获并释放二氧化碳，使该材料成为碳捕获和气体储存系统很有希望的候选材料。
“如果改变分子内部，会引起巨大的张力，因此大多数反应反而会围绕分子外围进行。久而久之，这导致人们以为内部无法被修饰。”工学研究科副教授福井识人说。
“然而，采用正确的方法和正确的起始分子，我们可以改变内部，创造出此前无法制成的分子形状和结构。”这位资深作者补充道。
值得注意的是，通过证明可以在不破坏碳片的情况下对其进行内部编辑，团队开辟了材料设计的新领域。未来的应用可能涵盖超低功耗计算元件、高级光学加密设备以及先进的大气净化装置。
相关研究成果已发表于《自然·通讯》杂志。
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