據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，美國西北大學的科研人員開發(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，而這被許多科學家稱之為不可能完成的任務。

從表面來看，這些環(huán)應該“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，科學家能夠營造出“愛恨交織”的關系，并最終以陽離子環(huán)的“愛戀”互連作為結果。

不成對的電子需要進行配對以呈現(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。這個過程能利用機械鍵合而不是化學鍵合把陽離子環(huán)連接起來，因而能夠一次到位，不易被撕扯開來。有關這類新型穩(wěn)定的有機自由基的研究報告已發(fā)表在1月25日出版的《科學》雜志上。

該校化學系教授弗雷澤·斯圖達特說：“人們并非在兩個環(huán)的連接嘗試中以失敗告終，而是他們從不認為那可能實現(xiàn)。但現(xiàn)在，我們做到了。”事實上，斯圖達特正是上世紀80年代將機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。當化合物被氧化并失去電子時，強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。化合物令電子在結構內(nèi)隱藏起來，因此它們無法與外界環(huán)境發(fā)生任何反應。機械鍵合亦十分耐受，盡管存在著不利的靜電反應。

科學家稱，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，或能擴展成長鏈狀的聚合物。化合物則能從6種氧化態(tài)中擇一，總共接受多達8個電子。因此，這也將有助于電池、半導體和電子存儲設備制造的技術改進。（張巍巍）