在人类探索物质奥秘的长河中，总有一些里程碑式的发现，如灯塔般照亮学科的前行之路。日前，南方科技大学夏海平教授团队以十年如一日的坚守与创新，在《Nature》杂志上发表了一项突破性成果：全球首个兼具五重对称性与强芳香性的“平面金属[15]轮烯”。这一成果不仅填补了金属轮烯领域长达70余年的学术空白，更以“从0到1”的原创性与“同花顺”式的系统性研究，重新定义了金属杂芳香性概念，被国际权威期刊评价为“或将载入教科书”的典范。在这场跨越时空的科研征程中，夏海平团队以中国智慧破解科学难题，在国际化学坐标系中刻下了浓墨重彩的“中国标签”。
破壁“不可能”，定义新规则，开辟新赛道
轮烯是一类重要的分子。1825年发现了苯（最小的轮烯），1951年发明的二茂铁将金属放在轮烯平面外，是金属有机化学的里程碑。但将金属原子精确放入轮烯环的中心（形成“金属核轮烯”），一直是个70年未解的难题。难点在于：小的轮烯环（如苯）空间太小放不下金属；大的轮烯环又很难保持平面结构；同时，轮烯本身缺乏引导金属进行反应的关键基团。
面对难题，团队没有“走老路”。而是原创性地提出并发展了“碳龙化学”（Carbolong Chemistry）这一全新体系。“碳龙”之名，既指长碳链（Long Carbon Chain），更蕴含中华“龙”的图腾，彰显中国印记。其核心在于一条平面共轭碳链，通过至少三个碳-金属键螯合一个过渡金属。根据碳原子的数量，命名为7碳龙，8碳龙……以此类推。围绕碳龙配合物的合成、反应、性能与应用的研究共同构成了具有鲜明特色的“碳龙化学”。
2013年，团队在《自然-化学》上发表了第一个碳龙分子——金属杂戊搭炔（“7碳龙”），实现了从无到有的突破。接下来的十年里，团队像拼图一样，又陆续成功合成了“8碳龙”、“9碳龙”、“10碳龙”、“11碳龙”、“12碳龙”，并发表在国际知名期刊上，完整构建了“7-12碳龙”分子家族。这种长时间坚持、系统性地构建一个全新分子家族的研究，在国内乃至国际上都不多见。
终极目标“黑桃A”原创“同花顺”
“碳龙同花顺”体系的建立，不是简单的数量积累，而是为最终目标——“金属核轮烯”打下了坚实基础。在长期研究积累中，团队成员从“13碳龙”的结构中看到了形成闭环的可能。他们设计了一种特殊的含锇碳三键和碳碳三键的碳龙分子，利用它与炔烃发生环加成反应这个关键步骤，成功构筑了具有完美D5h对称性的平面金属[15]轮烯，诠释了科学与艺术的完美结合。该成果已发表在《自然》上，并在同一期的“研究评述”栏目发表专题评论文章，称合成策略“不同寻常且巧妙”，结构“异常简洁、高度对称”。
进而，团队还揭示了更为颠覆认知的科学内涵：首先是，超强芳香性。通过实验与理论计算一致证明，其各种芳香性指标均超越苯（核磁氢谱9.79ppm vs苯 7.26 ppm； NICS(1)zz值-41.9 ppm vs苯 -29.3 ppm；ASE 93.3 kcal/mol vs苯 33.1 kcal/mol）；其次是，重新定义规则。局部五元环符合“金属杂芳香性”，但整体大环的芳香性却回归传统的休克尔芳香性。这一发现拓展了“金属杂芳香性”概念提出以来的理论框架。该成果在美国化学会的《化学与化工新闻》得到广泛报道，并赢得高度赞誉：“重新定义金属杂芳香性概念，或将载入教科书”。
以卓越性能推动新质生产力
夏海平团队原创的“金属核轮烯”不仅具有理论上的重要意义，更展现出很好的应用潜力。高稳定性：固体样品在空气中可稳定至240 ℃，电化学可逆性媲美经典的二茂铁，为其实际应用奠定基础；高效衍生性：轮烯环平面可进行硝化、碘代、全氯代等经典芳香亲电取代反应，且产率高、选择性好，轴向配体也易于替换。这为精准修饰分子结构、定制功能材料提供了想象空间；独特光响应：具有聚集诱导发光（AIE）效应，在普通紫外灯照射下发出肉眼可见的红光。《自然》的“研究评述”文章明确指出，其稳定性和可衍生性“表明此类化合物可针对材料化学应用进行定制开发”。这些新分子是一项突破性的发现，将为金属有机和材料化学提供新的构筑基元。
夏海平团队的研究特点是原创、聚焦、系统，“碳龙同花顺”这一系统性、原创性研究使其相关成果不仅入选“中国高等学校十大科技进展”，荣获国家自然科学奖二等奖，其核心概念更被写入国际经典教科书《March’s Advanced Organic Chemistry》。夏海平为其赋予的“Carbolong”之名，已成为国际学术界认可的中国原创化学“标签”。在国际上引领了该方向的发展，也为我国乃至世界金属有机化学和芳香化学的发展做出了杰出贡献。
真正的科学突破，源于对重大基础问题的深邃洞察，成于十年冷凳的寂寞坚守与系统性、原创性研究的厚积薄发。夏海平团队这幅以“同花顺”写就的中国原创科学画卷，不仅为教科书增添了新篇章，更在世界化学的坐标轴上，刻下了愈加清晰、闪耀的中国印记。未来，随着碳龙化学向材料、能源、生物医药等领域的深度拓展，该团队必将为科技强国做出更大贡献。（付丽）
