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2020-02-01科學家直擊金屬鍵斷裂、鍵結過程 458 期

Author 作者編輯部

【本刊訊】金屬鍵（metallic bonds）相當重要、卻是人們瞭解最少的一種化學鍵。近日，科學家利用穿透式電子顯微鏡捕捉到兩個金屬原子相互結合、分裂並再次聚集的影像，揭露兩原子間金屬鍵數量及鍵序（bond order）隨時間變化的方式。

研究人員將兩個金屬錸（rhenium）原子結合在一起形成分子，並置於作為「微型試管」的奈米碳管（carbon nanotubes）進行觀察裡。過程中所使用的穿透式電子顯微鏡可於低電壓下運作，如此一來電子束便不會損壞奈米碳管或使原子飛散。除了成像的用途外，由於該電子束會傳遞部分能量給原子，所產生的反應也會使原子處於跳動而非靜止的狀態。

而後，透過原子級動力實時成像（real-time imaging of the atomic-scale dynamics），研究人員可直接測量單個錸分子的鍵長。不過在一次偶然下，其中一個分子脫離了這個空間限制並遁入兩奈米碳管間的縫隙，研究人員進而發現當原子分開的距離較大時，原子間的鍵結會發生斷裂，但很快便會重新形成鍵結。透過影片（http://scimonth.piee.pw/P5KS8）研究人員觀察到，當原子彼此間的距離越近時，鍵的數量就會越多，在最接近的情況下原子間會產生四個鍵使它們被束縛在一起。

該成像方法被視為研究原子級金屬鍵動力學的強大分析工具，德國烏爾姆大學（Ulm University）物理學家凱瑟（Ute Kaiser）表示驚奇，雖說先前的研究也曾誘使兩個原子結合過，但從未嘗試過直接觀察金屬鍵的數量變化，相當具突破性。

新聞來源
Kecheng Cao et al., Imaging an unsupported metal–metal bond in dirhenium molecules at the atomic scale, Science Advances, 2020.

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