▲周鸣飞教授的学生正在用自主研发的高灵敏分子光谱探测仪器进行实验（摄/许琦敏）

一般原子、分子的价态在-Ⅳ到+Ⅷ之间，可复旦大学化学系教授周鸣飞却在世界上发现了+Ⅸ价的元素。这是一个化学界百年无进展的难题。今年，他领衔的“瞬态新奇分子的光谱、成键和反应研究”项目获得国家自然科学二等奖。

该项目专注于通常条件下不能稳定存在的瞬态分子物种，利用自行研制的具有世界先进水平的分子光谱探测仪器，结合量子化学理论计算，项目首次确定元素周期表中元素可以形成的最高氧化态为+Ⅸ价；发现硼-硼三重键（BB）及主族元素s-p配键；并观察到一系列全新瞬态反应中间体。项目成果丰富了人们对化学键的认知，为相关分子物种宏观合成提供了新思路。

清华大学李隽教授，复旦大学化学系王冠军、陈末华副教授，中国科学院上海应用物理研究所龚昱研究员同为该项目主要完成人。

发现+Ⅸ价态元素是“改变教科书的内容”

“这一发现为许多工业化学反应开辟了新的可能性，更新了成键规则，改变了教科书的内容。”《科学新闻》杂志曾如此评论该项目中发现铱元素+Ⅸ氧化态的研究工作。

氧化态是化学中常用的基本概念之一，亦是门捷列夫发现元素周期律的重要基础。百余年来，实验已知所有化学元素最高氧化态为+Ⅷ价，直至四氧化铱正离子将之改写。

尽管具有九个价电子的过渡金属元素铱曾被推测最有可能存在高于+Ⅷ价的氧化态，但一直以来，实验已知含铱化合物中铱的最高价态却仅为+Ⅶ价。确认铱元素亦可以如钌、锇和氙一般形成稳定的+Ⅷ价态化合物,是周鸣飞等项目研究者的探索起点。

采用脉冲激光溅射方法产生金属铱原子并和氧气分子反应, 研究者们在惰性氩基质中顺利制备得到中性四氧化铱分子。在此基础上，项目组利用自主发展建立的高灵敏红外光解离光谱实验装置，实验证实气相四氧化铱离子具有正四面体构型，其中铱处于+Ⅸ价态。

周鸣飞介绍，稳定的高氧化态化合物时常被用作工业反应中的氧化剂和催化剂。若能够找到这种新价态离子的宏观合成方法，一些重要的氧化和催化反应应用或有望得到开发。

他的发现“在硼-硼三重键理论研究刮起一股旋风”

通过硼原子与一氧化碳分子反应的方法在低温惰性气体基质中首次制备得到的OC-BB-CO分子是该项目取得的又一项重要成果。

尽管在元素周期表中与碳相邻，因价电子数少于价轨道数而被称为缺电子原子的硼却有着与碳截然不同的成键特性，容易形成缺电子多中心键，却很难形成多重键。然而OC-BB-CO分子却有些“一反常态”：它具有硼-硼三键特性，表明硼是继碳和氮元素之后,可以形成三键的第三个主族元素。

这项研究为零价或低价主族化合物的宏观合成提供了新策略。可喜的是，采用这一新策略，德国维尔茨堡大学教授不伦瑞克等人利用比CO更大的有机卡宾配体成功合成了室温条件下稳定的具有硼-硼三键特性的化合物分子，相关结果于2012年发表于美国《科学》杂志。在其引文中提到，正是周鸣飞等项目研究者的发现“在硼-硼三键分子的理论研究领域刮起一股旋风。”

作者：首席记者许琦敏 通讯员陈文雪 程喆
编辑：金婉霞 李晨琰
责任编辑：麟清

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