以硅和锗为中心的平面五重键合

化学家利用计算技术证明了基于平面五坐标硅或锗的分子物种的稳定性。这是第一个以这些元素为中心的结构，并为类似的碳中心物种提供了类似物。¹

甲烷分子体现了碳的两个正统理论——它的配位数不应该超过4，当配位数是4时，就会产生一个四面体。但是碳可以被说服平躺，甚至可以获得额外的成键伙伴。几十年来，人们一直在假设和观察这种古怪的排列方式。2008年，研究人员通过模拟表明，平面五坐标碳CAl₅⁺与同分异构体相比，它在能量上更受青睐。²

但是，虽然碳偶尔沉溺于这些扁平的、有5个朋友的形式，但直到现在，这种行为在它较重的14个表亲中还不为人所知。“这在某种程度上是惊人的，因为硅和碳在同一族，”他说豪尔赫·巴罗佐他是墨西哥研究与高级研究中心(Cinvestav)的博士生。“所以我们应该期望它在某种程度上与碳相似。”

巴罗佐和Cinvestav的同事们与中国吉林大学的研究人员合作，不仅捕捉到了硅，还捕捉到了锗。利用计算技术，研究人员发现了五个平面五坐标结构——XMg₄Y^-，其中X可以是Si或Ge, Y可以是In或Tl;还有SiMg_3.在₂这是它们各自异构体的能量最小值。

科学家们利用密度泛函理论和分子动力学模拟来探测候选结构的稳定性。他们的追捕结合了基于可能的嫌疑人的试验和错误的侦查工作。用五个碱土围绕一个硅或锗原子似乎是一个有希望的起点，研究人员确实发现了平面五坐标XMg₅^{2 -}成为当地人能量最低。然而，它的能量并不像原子的其他排列那样低。

巴罗佐说，这很有希望，但还不是全球最低水平。“我们需要有一个全局最小值，即在实验中获得概率最高的最小值。但有5个镁原子的那颗并不是全球最低的。”

尽管没有达到标准，XMg₅^{2 -}成为了下一阶段调查的模板。以之前关于平面碳的研究为线索，巴罗佐和他的同事们考虑了用13族中电负性更强的元素取代一个或多个镁原子的影响。

巴罗佐说:“我们的想法是，如果我们加入一个电负性更强的原子，我们就会增强中心，在这种情况下，硅或锗，这种键会更强。”铟和铊的情况正是如此。”

模拟结果表明，任何一种取代基都可以稳定硅或锗的中心。科学家们进一步探究了两种替代是否也能达到同样的效果。答案是肯定的，但只是硅原子在中心，铟原子在边缘。

平面物种本身就很有趣，也许有一天会有实际用途。二维材料是电池电极和太阳能电池等应用领域的新星。研究人员指出，硅在合成这类材料方面比碳更有优势。

约翰•麦迪英国牛津大学(University of Oxford)计算无机化学研究小组的负责人艾维(david david)对此持更为谨慎的看法。他说:“你可以发明可能存在也可能不存在的分子，并讨论潜在的令人兴奋的特性。”“但没有任何切实的证据表明它们可能存在过，这就有点投机了。”

然而，麦克格雷迪指出，研究人员已经预测了他们的创造，如果实现，可以识别的能量特征。“如果真能制造出这些粒子，它们将由气相光谱学家制造，然后他们可能会测量这些电离能。”