继2014年7月发现“中国红灯笼分子”¾硼球烯B₄₀ (Borospherene)之后，山西大学分子科学研究所翟华金教授、李思殿教授与美国布朗大学化学系Lai-Sheng Wang教授与清华大学化学系李隽教授课题组精诚合作、协同创新，结合高分辨光电子能谱实验、全局极小结构搜索和严格量子化学理论计算，最近又成功地合成并表征了手性硼球烯B₃₉^-(Chiral Borospherene)，实现了硼化学和类富勒烯化学的又一重要突破。山西大学化学与分子科学协同创新中心的研究人员同时首次预测了金属内嵌硼球烯M@B₄₀ (M = Ca, Sr)和金属外挂硼球烯M&B₄₀ (M = Be, Mg)的几何结构和光谱性质。这些成果已相继在国际权威学术刊物《美国化学会-纳米》(ACS Nano, 2014, DOI: 10.1021/nn506262c）和《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2014, DOI: 10.1002/anie.201408738 )上发表。

　　1985年英美科学家首次观察到富勒烯分子C₆₀，1991年成功合成并确认首例手性富勒烯C₇₆。从此，手性成为富勒烯、纳米管和二维纳米材料研究的重要内容。2014年7月，山西大学、布朗大学、清华大学、复旦大学学者首次发现的硼球烯B₄₀（即全硼富勒烯）是C₆₀之后确认的第二个“自持（Free-Standing）”无机非金属笼状分子。手性硼球烯B₃₉^-的发现与手性富勒烯C₇₆有着惊人的相似之处。B₃₉^-之于B₄₀，恰如C₇₆之于C₆₀。手性B₃₉^-笼状分子由硼-硼双链交织而成，绕C₃对称轴，在笼子的上部和下部分别均匀分布着三个B₆六元环和三个B₇七元环。研究人员在实验中还同时观察到另一丰度较低的手性异构体C₂ B₃₉^-，该分子由B₄₀笼子腰上去掉一个硼原子优化而成，具有C₂对称性。引人关注的是，手性硼球烯B₃₉^-与硼球烯B₄₀均由稳定硼-硼双链交织而成，体现σ和π双重离域成键特征，这种结构和成键模式在化学中属首次发现。与立方烷C₈H₈（Cubane）类似，硼球烯B₄₀和B₃₉^-均呈现立方笼状六面体结构，其中硼-硼双链等价于碳-碳单链。手性硼球烯的发现表明硼球烯及相关纳米材料立体结构、化学成键和光电性质的多样性，预示着由硼-硼双链交织而成的手性硼纳米管和二维硼纳米材料存在的可能性。笼状手性硼球烯可以作为分子器件，进行各种化学修饰、金属掺杂和配体保护，在能量储存与转换、立体选择性催化和光电子器件等领域具有重要应用前景。

　　山西大学课题组首次对“中国红灯笼分子”硼球烯B₄₀ (Borospherene)进行了化学修饰，预测了金属内嵌硼球烯M@B₄₀ (M = Ca, Sr)和金属外挂硼球烯M&B₄₀ (M = Be, Mg)的几何结构和光谱性质。La@C₆₀是人们熟知的金属内嵌富勒烯。Ca@B₄₀之于B₄₀，正如La@C₆₀之于C₆₀。Ca@B₄₀与Sr@B₄₀具有完美的内嵌硼球烯结构，其中金属原子位于B₄₀笼子的中心；而Be&B₄₀ 和Mg&B₄₀属金属外挂硼球烯，金属原子以七配位形式覆盖于B₄₀表面的B₇七元孔洞上。碱土金属硼球烯是典型的电荷转移复合物M²⁺B₄₀^2，其中金属原子是电子供体，B₄₀是电子受体。成键分析表明，与硼球烯B₄₀类似，碱土金属硼球烯分子的所有价电子均参与沿硼-硼双链均匀分布的离域成键，形成典型的σ与π双重离域体系。金属硼球烯预测为硼球烯作为结构单元的热力学和动力学稳定性提供了有力佐证，为硼球烯的进一步修饰和改性指出了可能途径。

　　以上两项研究成果得到尊龙凯时（21243004，21373130)、国家重点基础研究专项(2011CB932401)、山西省国际合作项目(2013081018)、山西省“三晋学者”特聘教授支持计划、山西大学引进高层次人才科研启动基金及山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室开放课题基金(KF201402)的联合资助。