第一次看到“粉红磷”被关在碳纳米管中

英国科学家发现了一种新型的磷，它由分离在单壁碳纳米管中的高活性白磷分子链组成。这种被称为“粉红磷”的一维聚合结构为研究元素周期表中最活跃、最神秘的元素之一提供了难得的机会。研究小组也有机会观察到白磷向非晶态红色同素异形体转变的第一步。

进行填充实验的博士生(用白磷)真的需要钢铁般的意志

克里斯托夫·萨尔兹曼，伦敦大学学院

“最近发现磷烯他说:“这是一层黑磷，它是石墨烯的2D磷类似物，引发了人们对这种高度多样化的化学物质的新兴趣。Christoph Salzmann他领导了这项研究。“尽管磷元素的同素变性是大多数化学家在学校里学过的东西，但在实验和计算层面上，对其结构化学的细节仍然知之甚少。”

白磷对研究来说通常是极其危险的，因为暴露在空气中会变成一种液体，会无情地燃烧。同时，氧化产物与空气中的水分结合，产生具有强腐蚀性的磷酸。白磷由四面体磷组成₄分子，已经使用超分子笼子，但这些只能包含一个P₄分子。

然而，萨尔兹曼和他的同事们想要驯服白磷的高度暴力性质，并大量使用它，所以他们开始研究空心碳纳米管是否能胜任这项工作。但这不是一项适合胆小者的任务。“最大的挑战当然是处理熔化的白磷，”萨尔兹曼解释道。“进行填充实验的博士生马丁·哈特真的需要钢铁般的意志——我们可以给你讲一些故事。”

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为了填充单壁碳纳米管，它们首先在顶端打开。然后在液态白磷中搅拌，然后将多余的白磷升华掉，留下充满磷的管子。在最初接触空气时，氧化反应发生在管子的尖端，研究小组认为这形成了一个“软木塞”，将白磷密封在管子里。

为了最终证明纳米管已被填充并具有高产量，他们用一系列技术进行了表征，包括高分辨率透射电子显微镜，揭示了P₄分子在碳纳米管内排列，就像豌豆在豆荚里一样。但还有一个额外的惊喜。在电子显微镜测量时暴露在电子束下，研究小组观察到P₄分子开始连接成链结构，导致元素的新粉红色形式。

萨尔兹曼解释说:“我们的研究让我们得以一瞥从白色到聚合物形式的转变，这种形式可以被认为是‘粉红磷’——在通往著名的无定形红色同素异形体的道路上。”“通过将元素限制在纳米管中，我们创造了一个简化的环境，在这个环境中，我们可以轻松地研究同素异形体之间转换的各个步骤。”

“这是令人兴奋的，有几个原因，包括他们的方法可以比迄今为止研究的其他钝化方法更大比例的磷被封装，”评论道乔纳森·尼奇克他是第一批这样做的人之一在超分子笼中分离出单个P4分子．“我还会想象，磷原子共轭链的电子特性——电导率等——也会引起人们的兴趣，尽管独立于碳鞘的电导率可能很难研究。”

该团队目前正在研究通过增加碳纳米管的直径可以观察到什么结构和化学行为。萨尔兹曼说:“初步的计算工作已经强调，可以预期有许多具有复杂化学性质的不同结构，我们刚刚开始追逐它们。”“我们的灭火器已经准备好了。”