第一章 C60 及富勒烯家族的历史——从预言到发现

自然界中的物质形形色色、丰富多彩.由人类已知有限的 100 多种元素形成如此五彩斑斓、变化万千的世界，人们惊叹自然的鬼斧神工，其中也有人类的杰作.各种不同元素通过化学作用相互结合形成种类繁多的物质，即使同一种元素也可以形成不同的物质形态.不同物质，同一物质的不同结构和形态会相应表现出不同性质.在不同条件下，一般物质还存在固、液、气三种状态. 我们看到，物质的不同化学成分和形态以及相应的外部条件是构成自然界多姿多彩的原因.

在与人们关系密切的几十种化学元素中，碳是一种十分重要的元素，也是有机化合物的基本组成部分.过去人们一直认为自然界中的纯碳存在两种同素异形体——金刚石和石墨，这两种物质都是由原子堆积构成的网状固体，不存在单个的碳分子.然而在 1985 年，克罗托等人一项具有划时代意义的发现，改变了人们的传统观念.以 C60 为代表的全碳分子系固体的出现宣告了碳的第三种稳定的同素异型结构的诞生，实验和理论研究揭示出纯碳存在多种形式，包括球形、管状、洋葱状等结构，构成一个全碳分子家族，而且有迹象表明这类全碳分子在自然界中早已存在，只不过以前未被人们所认识. 早在 20 世纪 70 年代初，日本科学家就从理论上预言有由 60 个碳原子组成的分子存在，另外还有不少科学家进行过有关 C60 的实验和理论研究，遗憾的是，由于科学预见和敏感不够，有的人甚至临近 C60 发现的边缘而失之交臂. 而克罗托等人在一项研究星际空间中长链碳分子形成机制实验中的一次意外收获导致了 C60 分子的诞生，正是“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫”.