据物理学家组织网近日报道，美国西北大学的科研人员开发出一种方式，能够制成新型的自由基化合物：他们第一次将通常情况下会相互排斥的两个相同的阳离子环永久地连接起来，而这被许多科学家称之为不可能完成的任务。
从表面来看，这些环应该“憎恨”彼此，因为它们每个都携带了4个正电荷。但通过引入自由基，即化合物分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团，科学家能够营造出“爱恨交织”的关系，并最终以阳离子环的“爱恋”互连作为结果。
不成对的电子需要进行配对以呈现出稳定状态，同时研究人员也证明，一个环的单电子对另一环单电子的吸引力要比它们之间的排斥力更强。这个过程能利用机械键合而不是化学键合把阳离子环连接起来，因而能够一次到位，不易被撕扯开来。有关这类新型稳定的有机自由基的研究报告已发表在1月25日出版的《科学》（Science）杂志上。
该校化学系教授弗雷泽·斯图达特说：“人们并非在两个环的连接尝试中以失败告终，而是他们从不认为那可能实现。但现在，我们做到了。”事实上，斯图达特正是上世纪80年代将机械键合引入化合物的早期先驱者之一。
作为论文的第一作者，乔纳森·巴恩斯尝试的第一种策略是临时增加电子以减少电荷，并使两个环连接起来，而其在首次尝试时就奏效了。当化合物被氧化并失去电子时，强大的正向力将卷土重来。虽然“憎恨”一直都在，但两个环却自此难以分开。
诚然，大多数有机自由基都只能存活很短时间，但这种新型自由基化合物却能在空气和水中稳定存在。化合物令电子在结构内隐藏起来，因此它们无法与外界环境发生任何反应。机械键合亦十分耐受，尽管存在着不利的静电反应。
科学家称，新型化合物不仅具有引人注目的电子特性，还能够实现快速的低成本制造。两个互锁环也能在数纳米的空间内容纳巨大的电荷量，或能扩展成长链状的聚合物。化合物则能从6种氧化态中择一，总共接受多达8个电子。因此，这也将有助于电池、半导体和电子存储设备制造的技术改进。
版权声明