1985年，英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學家理查德·斯莫利等人在氦氣流中以激光汽化蒸發(fā)石墨實驗中首次制得由60個碳組成的碳原子簇結構分子C60，并推測這個團簇是球狀結構；1996年，羅伯特·科爾、哈羅德·沃特爾·克羅托、理查德·斯莫利因富勒烯的發(fā)現(xiàn)獲諾貝爾獎。

2004年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃消洛夫用一種非常簡單的方法從高定向熱解石墨中剝離出石墨片，最后得到了僅由一層碳原子構成的薄片，這就是石墨烯；2009年，安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學獎。

它會不會是下一個，幫助自己家族完成諾獎三殺？

從金剛石到石墨烯，再到如今的C18，C單質(zhì)的同素異形體因為其特殊的結構和特殊的性質(zhì)一直吸引無數(shù)人去為之赴命。近年來，因為富勒烯、石墨烯等碳單質(zhì)同素異形體的不斷發(fā)現(xiàn)與應用，更是激發(fā)了化學這個古老學科的生命力。諾貝爾獎也頻頻落在這六原子所構成的元素上。人們對這元素的研究更是獨辟蹊徑。直至今日，對它的研究更是形成了基礎化學中四家紛爭的一大家——有機化學。

接觸過有機化學的肯定不會對苯環(huán)這個結構感到陌生，更不會生疏于大佬們對“苯環(huán)價鍵構成討論”的這段歷史（單雙鍵交替出現(xiàn)的爭論）。單鍵西格瑪鍵搭配上環(huán)狀的Π66?大π鍵。六個sp3雜化的碳原子構造出了這么一個讓凱庫勒魂牽夢繞的分子（他還真的是夢到了......），引領了價鍵理論的成熟。

歷史總是相似得驚人。

價鍵理論中sp雜化碳同素異形體的一個顯著特征是它們具有兩個垂直與原子平面的π共軛電子系統(tǒng)。同時依據(jù)休克爾規(guī)則預測平面，碳原子循環(huán)共軛系統(tǒng)具有(4n+2)個π電子，屬于芳香結構，沒有不同鍵長交替出現(xiàn)的結構?；舴蚵?966年預測，在C18中將形成兩個正交電流環(huán)，導致雙重芳香更加穩(wěn)定化。有了成熟的理論支持卻沒有確切的實物，對二維碳原子環(huán)價鍵結構的預測與爭論不但沒有消停，反而有增無減，愈演愈烈。在不知不覺之中，碳環(huán)的結構已經(jīng)成為理論爭論的主題。

在價鍵理論和表征技術不斷完善得21世紀，人們對單分子C18的研究不斷深入。

根據(jù)計算化學的理論計算，大多數(shù)“密度泛函理論”和“M?ller-Plesset微擾理論”計算預測出C18的幾何最低能量是Cumulenic D18h，而這個與“高層蒙特卡羅和耦合簇方法”預測Polyyne D9h形式是基態(tài)的結果相矛盾。如今雖然掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）的領域的發(fā)展，特別是尖端官能化，已經(jīng)具有前所未有的分辨率和可以在原子表面上操縱的技術。但卻由于雙配位原子環(huán)構成的碳同素異形體具有的高反應性，直到現(xiàn)在他們都不能被分離或結構表征。

直到今年八月，這場持續(xù)半世紀之久的爭論被英國牛津大學Przemyslaw Gawel團隊畫上了句號。

Science、Nature雙雙頭條！可見牌面！

文章報道了C18的合成和結構表征，使用低溫STM-AFM?通過原子操作從前體C24O6中依次除去掩蔽的CO基團，最終合成產(chǎn)物；解析了C18的結構并觀察到其基態(tài)的單叁鍵交替出現(xiàn)的價鍵構成結構；還利用了環(huán)碳氧化物的高反應活性，通過原子操作證明了碳原子之間的共價聚變。

選取Diederich及其同事開發(fā)的C24O6環(huán)碳氧化做作為碳生成的前體物。在他們制取的步驟之后，將產(chǎn)物并從一個Si晶片升華，在冷凝在表面部分覆蓋有（100）取向的雙NaCl層的低溫(T≈10 K)銅（111）上。在能提供“自由基和多炔是穩(wěn)定的并且可以成像的惰性表面”的雙層NaCl上研究所有分子。實驗在組合的STM / AFM系統(tǒng)中進行。

在碳氧化物沉積在雙層NaCl之后，以及一些碎片化、部分脫羰基的分子和單個CO分子，也就是說碳氧化物升華過程中發(fā)生了部分脫羰和解離。C24O6分子表現(xiàn)為三角形物體，角落處有暗特征，兩側有兩個明亮的突起（下圖中的B圖）。酮基的暗對比特征是吸附高度降低，在O原子上方成像區(qū)域的電子密度相對較小，具有較高的電子親合力所導致的。這兩種效應都導致相對較小的泡利排斥力超過O原子。在分子的兩側的兩個明亮的特征表面在這其中存在著三鍵。在尖端與樣本之間距離減小時（AFMclose），尖端頂點處的CO的傾斜，基本上影響了AFM圖像。CO在尖端處的傾斜對AFM圖像有較大影響。這些效應導致了鍵的明顯銳化，以及明顯的鍵長差異。C24O6的三個的不同對比表明吸附幾何形狀不平行于表面（看了半天都沒弄明白這是怎么看出來的）。

為了使C24O6脫羰，將STM尖端定位在分子附近，STM設定通常是在V = 0.2 V和I = 0.5 pA，將樣本偏差電壓增加到V = + 3 V，等待幾秒鐘。該方法通常導致除去兩個、四個或六個羰基部分。文章初步提出：反應是通過熱界面態(tài)電子的非彈性電子隧穿介導（?was mediated by 翻譯不來了......）的。最豐富的產(chǎn)品是C22O4（圖F）和C20O2（圖K）去除羰基導致形成更長的彎曲多環(huán)節(jié)段。

我們將“AFM far”圖像中明亮的特征歸因于三鍵的存在，觀察到彎曲的polyyne段，預計有5個三鍵在C22O4(圖G)中和8個三鍵在C20O2(圖L)中。在圖H和M中，我們觀察到在三鍵的指定位置和兩者之間的直線處具有角的尖銳鍵合的特征（那些亮的小尖尖）。這種對比用CO尖端弛豫來解釋：因為它們的電子密度很高，所以尖端之間的被排斥的勢能場的最大值，就落于三鍵之上。在這些極大值之間，視覺上在尖于尖之間就形成了筆直的帶狀和稍微暗淡的視覺特征。

那么，看到現(xiàn)在看的都是作者在敘述自己的表征過程以及自己的實驗操作方案。就我個人體驗而言......作為一篇文章來說是比較水的，但作為人類在探尋自然的歷程上，還是比較震撼的，讓一個原本不應該存在的事物的存在變成了可能。

在上面描述的九重對稱形式中，C18環(huán)分子是不帶電的(中性的)。我們發(fā)現(xiàn)，在這個表面上，C18碳具有電荷雙穩(wěn)性，并且在帶負電荷的狀態(tài)下，它變成了一個不對稱的平面幾何形狀。分子可以在它的兩種電荷狀態(tài)和相關的幾何形狀之間可逆地交換

在電荷態(tài)轉換、探針誘導的脫碳化和STM成像過程中，這些分子經(jīng)常躍遷到表面的不同位置，這表明NaCl上有一個非常小的擴散屏障。C18的移動頻率比其他觀察到的分子都要高，它經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)靠近臺階邊緣或吸附在單個CO分子的表面（受到了NaCl的排斥影響）來躲避屏障從而固定分子。

就文章而言這篇沒有解答出為什么這種單叁鍵能交替出現(xiàn)的疑惑，但就材料而言這次的突破無疑是巨大的，提出來的試驗方案無疑將引導一大批人去實現(xiàn)富碳份子的制取，繼有機化學之后碳元素的有一次爆炸可能即將來臨。這一材料可能不會有什么太大的突破，可這一思路的創(chuàng)新將為他們雙收名與利。

至于會不會收獲諾獎，雨我無瓜。就我而言，這只是歷史上的富勒烯，而不是石墨烯。

就這樣，白了個拜~