日本京都大学的研究人员对完全由碳原子组成的球形分子(称为富勒烯)的独特化学性质有了新的认识。他们通过制造分子的扁平碎片来做到这一点，这些碎片令人惊讶地保留甚至增强了一些关键的化学性质。该团队在《自然通讯》杂志上发表了他们的发现。

综合细胞材料科学研究所(iCeMS)的组长AikoFukazawa说：“我们的工作可能会在半导体、光电转换设备、电池和催化剂等广泛的应用领域带来新的机遇。”

巴克明斯特富勒烯(或简称为“巴基球”)是一种分子，其中60个碳原子结合形成球形。它因与著名建筑师巴克敏斯特·富勒设计的测地线圆顶结构相似而得名，其独特的结构不断吸引着科学家的兴趣。巴克明斯特富勒烯和具有不同碳原子数的相关球形碳簇通俗地称为富勒烯，以富勒的姓氏命名。

它们最有趣的特性之一是接受电子的能力，这一过程称为还原。由于其电子接受特性，富勒烯及其衍生物已作为有机薄膜晶体管和有机光伏器件中的电子传输材料得到广泛研究。然而，与任何其他传统有机电子受体相比，富勒烯是一类异常的材料，因为它们对接受多个电子具有稳健性。

理论化学家提出了富勒烯的电子接受能力可能背后的三个可能因素：整个分子的高度对称性，其碳原子具有金字塔排列的键，以及分布在六元环中的五边形子结构的存在。

京都团队专注于五角环的影响。他们设计并合成了扁平的富勒烯碎片，并通过实验证实，这些分子在不分解的情况下可以接受与其结构中五元环数量相同的电子。

“这一令人惊讶的发现凸显了五边形子结构对于产生稳定的多电子接受系统的关键意义，”Fukazawa说。

实验还表明，与富勒烯本身更有限的吸收相比，这些碎片显示出增强的紫外线、可见光和近红外光吸收。这可能会为光化学开辟新的可能性，例如使用光来引发化学反应或开发光传感器或太阳能系统。

该团队现在将探索其扁平富勒烯碎片在与电子转移过程相关的各种应用中的可能性。在仅由碳组成的分子中获得如此高的电子接受能力是不寻常的，避免了将其他吸电子原子或官能团引入碳基框架的典型要求。然而，继续探索结合其他原子或化学基团的影响可能会产生对化学性质的额外控制和多功能性。

Fukazawa说：“我们希望通过利用它们的高度自由度来探索结构修改的影响，从而开创我们所谓的超电子接受碳氢化合物的科学和技术。”

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