MIT科學家成功合成罕見硼氧環狀分子 有望推動碳捕捉與無人機材料技術發展

MIT突破化學極限：室溫下合成罕見硼氧環狀分子

美國麻省理工學院（MIT）研究團隊成功合成了一種罕見的富氧分子，這是科學界數十年來一直試圖分離的化合物。這項突破性成果未來可望支援更潔淨的工業化學、先進製造，甚至碳捕捉系統的發展。

這種新發現的化合物屬於一個罕見的含硼過氧化物分子家族，科學家將其結構稱為「二氧硼環」（dioxaborirane）。在此之前，研究人員普遍認為這類分子過於不穩定，無法存在足夠長的時間供直接觀測。

室溫反應的重大突破

這項發現最令人矚目之處在於反應本身。當一種經過特殊設計的硼化合物與氧氣接觸後，該分子幾乎在室溫下瞬間形成。

化學家通常需要極低溫或高壓環境才能穩定高活性的氧結構。這些嚴苛條件往往使實驗困難重重，也限制了實際應用的可能性。

MIT主導的研究團隊繞過了這些障礙。研究人員利用晶體學和先進的電腦建模技術確認了分子結構，分析結果顯示這是一個高度應變的三元環，包含一個硼原子和兩個氧原子。

這個微小的三元環承載著巨大的內部應力。科學家常將這類應變分子比喻為壓縮彈簧，因為它們儲存了大量的化學能。

許多類似的富氧化合物在研究人員能夠詳細研究之前就已分解。因此，成功分離二氧硼環標誌著無機化學和合成化學領域的重要進展。

雙重化學特性令人驚艷

這種新分子在測試中還展現了兩種截然不同的化學行為。在第一種角色中，它充當氧氣供體，能將氧原子轉移到其他分子上，類似於工業過氧化物在化學製造和製藥生產中的作用。

這項能力未來可望幫助化學家在更溫和、更安全的條件下設計新的氧化反應。在第二種角色中，該分子能與二氧化碳反應。研究人員表示，這一特性可能為捕捉或轉化溫室氣體為有用化學產品開闢新途徑。

科學家持續尋找管理二氧化碳排放的高效方法。現有的碳捕捉系統大多需要大量能源或昂貴的基礎設施。

這種新發現的硼基化合物本身無法單獨解決氣候問題，但研究人員相信它可能啟發新的反應系統，更有效率地處理二氧化碳。該分子的雙重行為也讓研究人員感到驚訝，因為高活性化合物通常只擅長一種化學反應。

「通過證明這些化合物可以在溫和條件下生成，我們的研究為全新類型的化學打開了大門，」第一作者 Chonghe Zhang 表示。他補充說，這些發現最終可能支援新的氧化方法和材料科學技術。

擴展過氧化物化學版圖

這項發現為以硼化學為核心的快速成長領域注入了新動力。研究人員已在電池、催化劑和先進材料等應用中研究硼化合物。

然而，富氧硼結構因其不穩定性一直特別難以製備和分析。這項最新突破顯示，科學家或許終於找到了探索這類化合物的可靠途徑。

研究人員目前計劃研究二氧硼環在更大化學系統中的行為，以及相關化合物是否能在規模化條件下執行有用的工業反應。

商業應用仍需數年時間。儘管如此，這種長期存在於理論中的分子被成功合成，為化學家在實際實驗室條件下設計活性氧化學反應提供了全新平台。

該研究已發表於《Nature Chemistry》期刊。

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