1985年，以笼状C₆₀为代表的碳富勒烯家族的发现成为世界科学史上的重要里程碑。该成果1996年获诺贝尔化学奖，为之后的单壁碳纳米管及单原子层石墨烯的发现奠定了基础。多年来，科学家们一直在探索周期表中与碳紧邻的硼是否也可能形成类似于碳的笼状富勒烯及其它一维和二维纳米结构，但长期没有准确答案。 

　　近日，山西大学分子科学研究所翟华金、李思殿与清华大学化学系李隽、美国布朗大学王来生（Lai-Sheng Wang）及复旦大学刘智攀课题组合作，结合气相光电子能谱实验和高精度量子化学计算，首次在气相中观察到由双链交织而成、具有完美D_2d对称性的空心笼状B₄₀^-/0全硼富勒烯团簇 (All-Boron Fullerenes)，并命名其为硼球烯（Borospherenes）。该研究成果实现了硼化学和类富勒烯研究领域的重大突破，于2014年7月13日在《自然·化学》在线发表 (Nature Chemistry, 2014, DOI: 10.1038/nchem.1999)。 

　　硼球烯B₄₀是继C₆₀之后第二个从实验和理论上完全确认的无机非金属笼状团簇，但由于硼的典型缺电子性，B₄₀具有与传统碳富勒烯显著不同的结构和成键特征。该笼状结构由顶端和底端两个相互交错的B₆六元环及腰上两两相对的四个B₇七元环相互融合而成，沿C₂二重主轴方向略有拉长，整体分子恰似传统的“中国红灯笼”(Chinese Red Lantern)。B₄₀红灯笼分子的结构独特性在于其表面由硼-硼双链交织而成，含两个六元环和四个七元环准平面表面。这种结构与六面体立方烷 (C₈H₈)类似，其中硼-硼双链等价于碳-碳单链。这些结构特征在传统碳富勒烯分子中是不存在的。 

        硼球烯B₄₀的高度稳定性源于其独特的化学成键。B₄₀表面48个B₃三角形含48个三中心离域s键，12条双链棱上则覆盖着12个离域p键。在这种成键模式中，B₄₀的120个价电子全部参与离域成键，p和s两种离域键均匀分布在富勒烯结构表面，分子整体呈立体笼状芳香性。双离域笼状芳香性分子在化学中尚属首例。 

　　B₄₀^-/0的发现标志着硼球烯实验和理论研究的开端，预示着一个与碳富勒烯平行的、具有广阔科学前景的新兴研究领域。与C₆₀类似，全硼富勒烯B₄₀^-/0可能作为分子器件，进行各种化学修饰、配体保护和金属掺杂，形成具有新颖结构的一维、二维和三维纳米结构。硼球烯和低维硼纳米结构与相应碳富勒烯和低维碳纳米材料在性能上具有很强的互补性，两者结合可能对解决人类面临的能源和环境危机提供新的科学思路和技术，在储氢、储锂、半导体、分子催化等领域发现重要应用前景。 

　　该工作得到国家自然科学基金、国家重点基础研究专项、山西省国际合作项目、山西省“三晋学者”特聘教授支持计划和山西大学引进高层次人才科研启动基金联合资助。 

　　（来源：自然科学基金委；http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab88/info44753.htm） 

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　　美国布朗大学报道（英文） 

　　物理学家组织网报道（英文）