日前，中科院研究生院物理科学学院在硼富勒烯研究方面取得重要进展。该校教授苏刚领衔的研究小组发现，一种类似“雪莲花”(snowdrop)的结构单元在硼纳米结构的稳定性中起着关键性作用。这项研究作为快讯已于11月3日在线发表在《物理评论》上。

 

    苏刚介绍说，很多人都知道，碳元素可以形成富勒烯、纳米管和石墨烯等新奇的纳米结构，这3种令人惊异的碳纳米结构都为科学和技术的发展作出了重要贡献。而硼在元素周期表中与碳相邻，也能形成许多与碳相似的固体结构。如果硼可以形成类似于碳的纳米结构，则同样可能带来科学技术上的重大突破。

 

    目前，科学家已经作了许多尝试。1976年，哈佛大学的William N. Lipscomb预言了一个由32个硼原子构成的分子，它具有二十面体结构，类似于巴基球的足球形状。2004年，耶鲁大学的Dragos Ciuparu等人首次在实验上合成了纯的单壁硼纳米管。2007年，莱斯大学的I. Yakobson及其合作者预言了一种稳定的硼富勒烯B80，它的几何结构与C60非常相似，唯一的不同之处是在每个六元环的中心各置了一个硼原子。最近，耶鲁大学和清华大学的两个研究组各自在理论上预言了一种新型硼单层结构以及相关的新型硼纳米管，它们明显地比此前提出的其他硼单层结构和硼纳米管稳定。

 

    此次，苏刚小组提出了一种普适的硼纳米结构的构建方案，并由此预言了一系列具有显著稳定性的新型空心笼状硼富勒烯B32+8k (k=0, 1, 2, ……)，并称之为S-硼富勒烯。新近发现的B80富勒烯也被包含在内，而新型硼单层结构则可以被看作是这一系列趋向无限的特例。这一方案还可用于从现有的碳纳米管结构构建新型硼纳米管。此外，他们提出了一个新的硼电子计数法则和独立孔法则，能很好地说明为什么S-硼富勒烯及其他新型硼纳米结构具有很高的稳定性以及其电子成键的方式，也因而建立了硼富勒烯的电子结构和几何结构间的联系，这种联系是硼化学领域极为关注的问题。看起来明显相互独立的B80富勒烯和新型硼单层结构的稳定性得到了统一的理解。

 

    有专家认为，这一研究工作建立了包括硼富勒烯、硼纳米管和硼单层结构在内的硼纳米结构，在结构构建和稳定性以及几何和电子性质方面的统一框架，将极大地推动硼纳米结构方面的理论和实验的进一步研究，甚至可能也提供了一条寻找由其他元素构成类似纳米结构的可行路径。