碳家族再添新成员！牛津团队合成室温稳定环碳，距富勒烯突破已35年

碳，这个构成生命基础的元素，又一次在实验室里展现了它的"千变万化"。近日，牛津大学化学团队在《科学》杂志发表的研究震动学界：他们成功合成出一种能在室温下稳定存在的环碳分子，这是自1990年富勒烯被合成以来，人类在碳同素异形体领域取得的又一里程碑式突破。

让"娇气"的碳环在室温"存活"，科学家的三大妙招

碳元素的神奇之处，在于它能像搭积木一样，用相同的原子搭出完全不同的结构——坚硬的金刚石、柔软的石墨、足球状的富勒烯、管状的碳纳米管，每一种都有独特脾气。而环碳，作为由纯碳原子连成的环状分子，却一直是个"娇气包"：此前只能在气态环境或接近绝对零度（4-10K）的超低温下短暂存在，稍一升温就会"散架"。

牛津团队这次的突破，就是让由48个碳原子组成的环碳[48]（cyclo[48]carbon）在20℃的溶液中稳定存在，半衰期长达92小时。他们到底用了什么办法？

- 给碳环加"防护罩"：研究人员将C48碳环与另外三个大环分子交织成"索烃"结构。就像给脆弱的戒指套上保护壳，这些穿插的大环能挡住外界物质的干扰，大大提升了碳环的稳定性。

- 选个"抗压"的尺寸：碳原子数量太少的小环碳，内部张力极大，就像被掰弯的铁丝容易断裂；而48个碳原子组成的大环，张力小得多，天生更"耐造"。

- 温和的"变身"过程：从前期的"前体分子"转化为最终的环碳，需要经过"脱保护"步骤。团队开发了特别温和的反应条件，避免高温高压破坏这个"娇贵"的结构。

为了确认合成成功，科学家们动用了"十八般武艺"：质谱、核磁共振（NMR）、紫外-可见光和拉曼光谱都派上了用场。其中，核磁共振检测到一个强烈的单一信号，说明48个sp¹杂化的碳原子处于完全相同的环境中——这正是环碳索烃结构最有力的证明。

从实验室突破到未来应用，这步棋为何关键？

"在常规环境下让环碳稳定存在于试管中，这是基础性的一步。"论文第一作者、牛津大学化学系岳泽·高博士解释道。这意味着，未来科学家们不需要依赖极端实验设备，就能方便地研究环碳的反应活性和各种性质，为后续应用铺路。

而资深作者哈里·安德森教授的话，则道出了研究背后的艰辛："这个目标我们追了快十年。2016年提交资助申请时，不少人觉得这像天方夜谭，好几次我自己都快放弃了。"他特别提到，牛津大学先进的核磁共振设备，为这项研究提供了关键技术支撑。

环碳独特的交替单双键结构，让它在分子电子学、量子计算等领域充满潜力。比如，其特殊的电子共轭系统可能具备优异的导电性，有望成为下一代纳米电子元件的核心材料。

35年前，富勒烯的合成开启了碳纳米材料的新时代；如今，室温稳定环碳的诞生，或许正预示着碳家族的又一个黄金研究期。这个由48个碳原子组成的"小圆环"，未来能给我们带来多少惊喜？值得期待。