直到2019年，IBM 實驗室Leo?Gross課題組與牛津大學的Harry Anderson教授合作在Science發文，他們以環狀碳氧化合物C₂₄O₆作為前驅體，并將其吸附在氯化鈉薄膜上，通過掃描隧道顯微鏡（STM）的針尖施加脈沖，使得前驅體逐步脫羰，最終在表面上制備出單個的環型碳C₁₈。通過化學鍵分辨的原子力顯微鏡（AFM）高分辨成像，首次從實驗上驗證了C₁₈為單鍵和三鍵交替的聚炔型結構。

然而，對于更小的環型碳，它們的結構和穩定性仍然是未知的。更為有趣的是，理論預測認為C₁₀是環型（n≥10）和線型（n<10）之間的分界點，同時也是最大的累積烯烴型芳香環型碳。而C₁₄則被認為是從累積烯烴型C₁₀到聚炔型C₁₈的Peierls相變過渡態。因此，研究C₁₀和C₁₄則具有極其重要的意義。若要精細表征它們的結構，精準合成是前提。

同濟大學許維教授團隊首次實現了環型碳C₁₀以及C₁₄的表面原位制備，并在實驗上表征了?它們的累積烯烴型結構。該研究首先利用全氯代萘（C₁₀Cl₈）作為前體分子，在表面通過針尖操縱技術誘導分子發生脫氯反應并伴隨著反伯格曼開環（retro-Bergman?ring-opening）反應，完全脫氯后則合成了環型碳C₁₀。通過化學鍵分辨的 AFM 對C₁₀進行結構表征發現其為累積烯烴型。團隊又利用相同的方法由全氯代蒽（C₁₄Cl₁₀）前驅體成功合成了環型碳C₁₄，其結構與C₁₀一致。團隊通過進一步理論計算發現，C₁₀和C₁₄并非擁有完全一致的特性；C₁₀完全沒有鍵長交替，而C₁₄作為從累積烯烴型C₁₀到聚炔型C₁₈的過渡態，存在一個非常小的鍵長交替（0.05 ?)，尚未達到單鍵和三鍵的形式，從實驗上也無法分辨出來。

許維教授表示，這項研究工作極大推動了環型碳領域的發展，提出的表面合成策略有望成為一種合成系列環型碳的普適性方法。同時，合成的環型碳有望發展成為新型半導體材料，并在分子電子器件中有著廣闊的應用前景。

該工作得到了國家自然科學基金杰出青年科學基金項目的資助。

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06741-x