科學(xué)家們近日取得了一項(xiàng)突破性的發(fā)現(xiàn)，他們首次合成了含有罕見锫元素的有機(jī)金屬分子——“锫茂”（Berkelocene）。這一成果由布法羅大學(xué)和美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)共同完成，相關(guān)研究論文已在最新一期的《科學(xué)》雜志上發(fā)表。

有機(jī)金屬分子通常由金屬離子被包裹在碳基框架中形成，這種現(xiàn)象在鈾等早期錒系元素中較為常見，但在锫等后期錒系元素中則極為罕見。此次發(fā)現(xiàn)的“锫茂”分子，為科學(xué)家們提供了深入了解物質(zhì)構(gòu)成基本原則的新途徑。

伯克利實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Stefan Minasian作為通訊作者表示，這是首次獲得锫與碳形成化學(xué)鍵的直接證據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解锫在元素周期表中的化學(xué)行為提供了全新視角，同時(shí)也為探索其他錒系元素的性質(zhì)開辟了新的研究方向。

布法羅大學(xué)化學(xué)系的杰出教授Jochen Autschbach也參與了這項(xiàng)研究，他指出，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果共同證明了“锫茂”分子的存在，打破了學(xué)界對超钚元素理化特性的傳統(tǒng)認(rèn)知。這一發(fā)現(xiàn)有望推動相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)一步發(fā)展。

锫元素是由著名核化學(xué)家格倫·西博格于1949年在伯克利實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的，這也是他在超鈾元素研究中的一項(xiàng)重要里程碑成就。錒系元素有機(jī)金屬化合物通常具有更高的對稱性和更強(qiáng)的共價(jià)鍵，因此成為研究錒系獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)的理想模型。

然而，研究锫元素面臨著多重挑戰(zhàn)。由于锫的放射性極強(qiáng)，全球年產(chǎn)量僅為毫克級，且有機(jī)金屬分子對空氣敏感且易自燃，因此相關(guān)研究條件極為苛刻。伯克利實(shí)驗(yàn)室是全球少數(shù)具備相關(guān)研究條件的機(jī)構(gòu)之一。

為了克服這些困難，研究團(tuán)隊(duì)采用了定制的新型手套箱，實(shí)現(xiàn)了高放射性同位素的無空氣合成。他們利用僅0.3毫克的锫-249同位素，成功完成了單晶X射線衍射實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，锫原子被夾在兩個(gè)八元碳環(huán)之間，形成了對稱結(jié)構(gòu)。

研究者們還以鈾的類似化合物“鈾茂”為參照，將該分子命名為“锫茂”。傳統(tǒng)周期律認(rèn)為锫應(yīng)與鑭系元素鋱性質(zhì)相似，但此次研究發(fā)現(xiàn)四價(jià)態(tài)锫離子比預(yù)期更穩(wěn)定。這一發(fā)現(xiàn)對于建立更精確的錒系元素行為模型具有重要意義，同時(shí)也為解決核廢料長期存儲與處理等重大問題提供了關(guān)鍵線索。