據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國西北大學(xué)的科研人員開發(fā)出一種方式，能夠制成新型的自由基化合物：他們第一次將通常情況下會相互排斥的兩個相同的陽離子環(huán)永久地連接起來，而這被許多科學(xué)家稱之為不可能完成的任務(wù)。
從表面來看，這些環(huán)應(yīng)該“憎恨”彼此，因為它們每個都攜帶了4個正電荷。但通過引入自由基，即化合物分子在光熱等外界條件下，共價鍵發(fā)生均裂而形成的具有不成對電子的原子或基團(tuán)，科學(xué)家能夠營造出“愛恨交織”的關(guān)系，并最終以陽離子環(huán)的“愛戀”互連作為結(jié)果。
不成對的電子需要進(jìn)行配對以呈現(xiàn)出穩(wěn)定狀態(tài)，同時研究人員也證明，一個環(huán)的單電子對另一環(huán)單電子的吸引力要比它們之間的排斥力更強(qiáng)。這個過程能利用機(jī)械鍵合而不是化學(xué)鍵合把陽離子環(huán)連接起來，因而能夠一次到位，不易被撕扯開來。有關(guān)這類新型穩(wěn)定的有機(jī)自由基的研究報告已發(fā)表在1月25日出版的《科學(xué)》雜志上。
該?；瘜W(xué)系教授弗雷澤·斯圖達(dá)特說：“人們并非在兩個環(huán)的連接嘗試中以失敗告終，而是他們從不認(rèn)為那可能實(shí)現(xiàn)。但現(xiàn)在，我們做到了。”事實(shí)上，斯圖達(dá)特正是上世紀(jì)80年代將機(jī)械鍵合引入化合物的早期先驅(qū)者之一。
作為論文的第一作者，喬納森·巴恩斯嘗試的第一種策略是臨時增加電子以減少電荷，并使兩個環(huán)連接起來，而其在首次嘗試時就奏效了。當(dāng)化合物被氧化并失去電子時，強(qiáng)大的正向力將卷土重來。雖然“憎恨”一直都在，但兩個環(huán)卻自此難以分開。
誠然，大多數(shù)有機(jī)自由基都只能存活很短時間，但這種新型自由基化合物卻能在空氣和水中穩(wěn)定存在?；衔锪铍娮釉诮Y(jié)構(gòu)內(nèi)隱藏起來，因此它們無法與外界環(huán)境發(fā)生任何反應(yīng)。機(jī)械鍵合亦十分耐受，盡管存在著不利的靜電反應(yīng)。
科學(xué)家稱，新型化合物不僅具有引人注目的電子特性，還能夠?qū)崿F(xiàn)快速的低成本制造。兩個互鎖環(huán)也能在數(shù)納米的空間內(nèi)容納巨大的電荷量，或能擴(kuò)展成長鏈狀的聚合物?；衔飫t能從6種氧化態(tài)中擇一，總共接受多達(dá)8個電子。因此，這也將有助于電池、半導(dǎo)體和電子存儲設(shè)備制造的技術(shù)改進(jìn)。