◆◇特別報導◆◇

  一九九六年諾貝爾化學獎的故事

      (作者：李錫隆)

      大約從一九九一年起，研究富勒烯的人們早已預期富勒烯的發現
    者會得諾貝爾獎，終於在今年十月九日瑞典皇家科學院証實了這個
    預測，宣佈將一九九六年化學獎頒給任職於美國休士頓  Rice 大學
    化學系和奈米科技中心的R.  F. Curl，Jr. 和R.	E. Smalley 以及
    任職於英國布來頓（Brighton）Sussex大學化學與分子學院的Sir
    H. W. Kroto.

      富勒烯的發現及得獎，可以說是兩個天文物理研究上無心插柳的
    意外收穫。其一源自於Kroto  為了探究星際間奇異氣體的努力，他
    一直在尋找一台可以模擬富含碳元素星球周遭條件的儀器，在英國
    遍尋不著。 Rice 大學的Curl 發現在該校奈米科技中心有適合的儀
    器，屬Smalley  所有。它主要功能是用雷射蒸發所有物質，然後與
    鈍氣混合，經由噴嘴噴出冷卻，最後以質譜儀記錄產物。當時這儀
    器主要用於矽和鍺等半導體的研究。因此一直等了十八個月才排出
    檔期，Kroto立即飛越大西洋赴休士頓。四天後，他們在質譜上發現
    對應60  個及70 個碳原子的兩個主要譜峰，峰的強弱與蒸氣壓有關
    。稍早Exxon的Rohlfing等人發表的碳簇質譜中也有類似的發現，但
    是沒有更進一步對構造做探討，而與此偉大的發現失之交臂。

      相反地，Kroto等人集中精力去探討60個碳及70個碳的化合物的可
    能構造。藉著純經驗的方法、膠水及剪刀，他們得到的結論卻是一
    個令他們不敢相信的足球形狀的化合物。一通來自Rice大學數學系
    同仁的電話告訴他們，這是個削去尖角的二十面體，數學家知之甚
    詳。這通電話鼓舞了他們，於是他們買了個足球，在草地上照相，
    放在文章中。有鑑於美國建築師Buckminster Fuller 曾經建造類似
    形狀的展覽館及巨蛋球場，因此將手稿題為『碳60:富勒烯』。同時
    建議C70也具有類似的結構。因此，籠狀或球殼形的純碳族分子誕生
    了，而且也有了自己的名字－富勒烯（fullerene）。

      由於休士頓研究群的儀器中祇能產生極少量的氣相物種，因此富
    勒烯的研究一直無法突破，足球形的假想構造祇得到計算化學家的
    支持。一直到一九九○年，另一組由 Huffman 及Kratschmer領導的
    天文物理研究群意外的發現一個採用石墨電弧的製備方法，可以產
    生足夠量的富勒烯供各式各樣的化學與物理實驗。這就是上述之第
    二個意外發現。值得一提的是在發展此製備方法時，他們憑靠的是
    量子化學對具二十面體對稱的C60的紅外光譜的預測做為指引。幾天
    後碳十三核磁共振圖中特立的唯一一根譜線，更加肯定了他們的假
    設。

      一九九○年之後富勒烯的相關研究大幅成長，如更高碳數的富勒
    烯的製備、奈米管的製備、富勒烯上的化學反應及衍生物、富勒烯
    化合物的超導及鐵磁性質、富勒烯的硬度、富勒烯做為藥物的可能
    性等都是研究人員注意的焦點，自然而然的出現了一個新的學門。

      （作者曾任化學所副研究員，現為國立中正大學化學系教授）