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科学家建构出“不可能存在”的化合物

2011-04-28
科学家建构出“不可能存在”的化合物
新华网 来源:科技日报2011-04-28
  据美国物理学家组织网4月26日(北京时间)报道,加拿大、中国、土耳其、德国科学家组成的科研小组报告称,他们合成出了一种之前被认为不可能存在的化合物——周期性中孔硅氢化合物,其在高温下能转为光致发光材料,可广泛应用于太阳能设备等设备中,相关研究发表在最新出版的《美国化学学会》会刊上。

  当原子结合形成化合物时,必须遵守某些键和价的规则,因此,很多化合物不可能存在。但也有一些遵循键和价规则的化合物,因其结构不稳定也被认为不可能存在。

  科学家在一个含水的酸催化模板上合成出了该周期性中孔硅氢化合物(meso-HSiO1.5),其由一个类似蜂巢的晶格结构组成。从理论上讲,这种结构中的中孔(蜂巢内的洞)在高热下会坍塌,其结构会因此变得非常不稳定。但当科学家将模板移除后发现,这种“不可能存在”的化合物在300摄氏度下仍能保持稳定。科学家认为,氢键效应和空间效应(同原子间的距离相关)使中孔足够坚硬,让该材料在模板移除后仍能保持稳定。

  该团队的领导者、加拿大多伦多大学化学系教授杰弗瑞·厄津解释说,这种特性同模板无关,而同硅氢化合物中O3SiH单元间固有的氢键有关,弥散于孔隙壁的硅烷醇(O3SiOH)也很坚硬,足以给该化合物提供充足的机械强度,让其多孔性“毫发无伤”。

  科学家还发现,在300摄氏度以上的高温下,这种中孔材料的形态会发生变化,转变为光致发光材料——光致发光硅纳米晶体,科学家可将其内嵌于硅—二氧化硅纳米复合材料内,使得到的纳米复合材料保持住其周期性的多孔结构。另外,该纳米晶体的光致发光性质能通过改变热处理方法得以控制,可将其用于发光设备、太阳能设备和生物传感设备的研制中。

  厄津指出,也可用周期性中孔硅氢化合物当作固体反应“盒子”,在其内部进行各种化学反应,制造出无数新材料。“最新发现是科学界的惊喜,在化学合成领域,我们永远不应该说不可能。”

  总编辑圈点:

  科学的本质是创新,那些变不可能为可能的发现,树立了科学史上一个又一个里程碑。就如有机尿素的合成在19世纪打破了“有机物质只有靠动植物的生命力才能合成”的思想禁锢一样,“不可能存在的化合物”的合成必将改变现有的化学理论,开启改造、创造和利用物质的新途径,这是值得欣喜的。但当我们自信于通过合成超出自然的物质去无限战胜自然时,也应反思这些物质对健康、环境的反作用,毕竟它们改变着衣食住行每个角落。

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