重大突破！日本高校成功创造出单电子共价键

重大突破！日本高校成功创造出单电子共价键

2024年9月，日本东京大学和北海道大学的研究团队分别在《自然》杂志上发表重要研究成果，首次成功创造出仅由一个电子构成的共价键。这一突破性发现不仅证实了诺贝尔奖得主莱纳斯·卡尔·鲍林百年前的理论预测，更为化学领域开辟了全新的研究方向。

东京大学的Takuya Shimajiri教授带领的研究团队，通过一系列精心设计的化学反应，成功实现了单电子共价键的稳定存在。研究人员从一个具有超长碳-碳键的大型碳氢化合物出发，通过化学反应去除了一个电子。这种特殊的分子结构使得其他电子难以替代被去除的电子，从而保持了化学键的稳定性。

利用X射线衍射和拉曼光谱等先进分析技术，研究团队确认了这种新型化学键的存在。英国帝国理工学院的Henry Rzepa教授评价道：“很少能找到具有新型化学键的分子。Shimajiri团队实验用的分子有278个电子，因此去除正确的电子并防止其他电子立即取代它的位置是一项壮举。”

几乎同时，北海道大学的研究团队也取得了突破性进展。他们合成了一种特殊的化合物，其中两个碳原子通过共享一个电子形成了稳定的共价键。这一发现打破了长期以来关于共价键必须由成对电子构成的常识。

研究团队通过X射线结构分析和拉曼光谱法，确认了单电子碳-碳共价键的存在。这种新型化合物表现出异常稳定的特性，为未来碳材料的研究和应用开辟了新的可能性。《自然》杂志配发的评论文章指出，这一成果“将写进教科书”。

这一重大发现对化学领域具有深远影响。单电子共价键的实验证实，不仅深化了科学家对化学键本质的理解，更为新材料的开发提供了新的思路。碳是有机化合物的基础元素，也是地球生命的基本组成元素，这一发现有望在医药、材料科学等多个领域引发创新。

值得注意的是，中国在相关领域的研究也已取得重要进展。中国科学技术大学杨上峰教授团队在单分子磁体领域，成功合成了首例含有镝-镝（Dy-Dy）共价键的双金属富勒烯，获得了具有强反铁磁耦合的高性能单分子磁体，其阻塞温度为目前报道的所有通过4f电子直接耦合的多核单分子磁体中的最高值。这一发现不仅展示了内嵌金属富勒烯在单分子磁体领域的优势，也为研究镧系金属的特殊成键性质提供了重要的科学模型。

这一系列突破性研究标志着化学键研究进入了一个全新的时代。正如Shimajiri教授所说：“我们的目标是探索尚未发现的各种化学键，这一发现只是开始。”未来，随着对单电子共价键研究的深入，我们有望见证更多创新性成果的诞生，为人类社会带来新的变革。