科學家成功合成前所未見的鉍分子，解開數十年化學謎題

卡爾斯魯爾理工學院（KIT）的研究團隊最近在化學領域取得重大突破，成功合成並穩定了一種由五個鉍原子組成的Bi₅⁻環狀分子，並將其嵌入金屬複合物中。這項研究成果不僅填補了化學研究中的一個重要空白，更為材料科學、催化劑和電子學等領域開闢了新的可能性。相關研究已發表於《自然化學》期刊。

KIT無機化學研究所的Stefanie Dehnen教授表示：「透過合成Bi₅⁻環狀分子，我們解答了基礎研究中的一個長期疑問。未來，這種分子可能在開發新材料和化學過程中扮演重要角色。」Dehnen教授同時也是該校團簇材料研究團隊的負責人。

特別值得注意的是，Bi₅⁻環狀分子的結構與廣泛應用於工業的環戊二烯基分子（C5H5）⁻相似，但具有更大的質量和獨特的電子特性。數十年來，科學家一直在尋找環戊二烯基環的重元素類似物，即用較重元素原子取代原有碳和氫原子的分子。這類分子在催化化學反應或用於電子元件材料方面具有潛在的吸引力。

雖然理論預測鉍原子組成的環狀分子具有芳香性（如穩定的電子分佈），但此前從未成功合成。這次的成功分離證明瞭即使是最重的變體也能被整合到穩定化合物中並用於化學反應。

研究團隊與KIT量子材料與技術研究所的Florian Weigend教授團隊以及物理研究所的Wolfgang Wernsdorfer教授團隊合作，運用高精度分析方法，深入研究了[{IMesCo}2Bi5]分子的特殊電子和磁特性。結果顯示，這種分子在催化劑和電子學應用方面具有極大潛力。

Dehnen教授及其團隊憑藉豐富的經驗、直覺和現代合成技術，成功實現了這一合成過程。關鍵因素之一是使用了一種特殊溶劑。Dehnen教授最近還獲得了國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）頒發的傑出女性化學家或化學工程師獎。

這項研究凸顯了基礎研究對科學突破的重要性。研究成果不僅是化學領域的里程碑，更可能為開發更高效、更環保的技術奠定基礎。該專案獲得了德國研究基金會和歐洲研究委員會的資助。

研究團隊計劃進一步研究基於Bi₅⁻環狀分子的化合物，充分挖掘其在化學反應和材料科學應用中的潛力。此外，他們還打算運用機器學習方法來加速研究並進一步最佳化合成路徑。

Dehnen教授表示：「我們希望這項研究能激勵其他研究者繼續探索這條道路，開發新的應用。」她和她的團隊也期待與有興趣的企業和研究機構展開合作。

參考文獻：Julia Rienmüller等人於2025年1月20日發表於《自然化學》的論文〈Isolation of a planar π-aromatic Bi5− ring in a cobalt-based inverse-sandwich-type complex〉，DOI: 10.1038/s41557-024-01713-8。