將金屬鉛轉(zhuǎn)變成黃金或許永遠(yuǎn)是個(gè)神話，不過與其相類似的“煉丹術(shù)”不僅可能，而且還相當(dāng)廉價(jià)。美國賓州大學(xué)3名研究人員日前發(fā)表文章說，他們發(fā)現(xiàn)某些元素原子的組合所顯示的電子特征同其他元素的電子特征相仿。研究小組帶頭人艾伯特·卡斯?fàn)柭淌诒硎荆税l(fā)現(xiàn)有望幫助人們獲得更廉價(jià)的廣泛應(yīng)用于新能源、環(huán)境治理和催化劑的材料。

研究人員同時(shí)還向人們展示，在完成的原子合成研究中，他們所驗(yàn)證的那些原子通過簡單地查看元素周期表就能預(yù)測到。研究小組利用*的實(shí)驗(yàn)和理論對(duì)這些嶄新和意外的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了量化分析。卡斯?fàn)柭淌谡J(rèn)為，他們開創(chuàng)了認(rèn)識(shí)元素周期表的新視角。相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的《美國國家*院刊》上。

卡斯?fàn)柭?的研究小組另外兩名成員分別是塞繆爾·培泊尼克和達(dá)斯薩·古納偌特恩。培泊尼克曾是賓州大學(xué)的研究生，現(xiàn)為太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員;古納偌特恩仍是賓州大學(xué)的研究生。在研究中，他們利用光電子成像光譜技術(shù)，分析研究了一氧化鈦和金屬鎳、一氧化鋯和金屬鈀，以及碳化鎢和白金兩兩之間的相同點(diǎn)。

卡斯?fàn)柭榻B說：“光電光譜儀可測量將原子或分子中電子從各種能態(tài)移出（或去除）所需的能量，與此同時(shí)用電子相機(jī)將去除電子過程的分步圖拍攝下來。如此方法允許我們了解電子的結(jié)合能，并觀測電子在被從原子中去掉前所處在的電子軌道的自然狀況。我們發(fā)現(xiàn)，從一氧化鈦分子中去除電子所需的能量同從鎳原子中去除電子所需的能量相同。同樣，一氧化鋯和金屬鈀以及碳化鎢和白金的情況也是這樣。這3對(duì)物質(zhì)的關(guān)鍵點(diǎn)是它們兩兩之間具有等電子體結(jié)構(gòu)，也就是說它們兩兩之間具有相同的（外層）電子排布。”他強(qiáng)調(diào)，等電子體在這里主要是指原子或分子的外層電子數(shù)目。

在光電光譜儀拍攝的成像中，研究小組研究的3對(duì)物質(zhì)兩兩之間代表著電子從原子外層被去除時(shí)所發(fā)出的釋放能量的亮點(diǎn)看起來相似，圖表也顯示兩兩物質(zhì)之間能量峰值相近，同樣理論計(jì)算的結(jié)果表明它們的能級(jí)也相匹配。

卡斯?fàn)柭忉屨f，一氧化鈦、一氧化鋯和碳化鎢分別是金屬鎳、金屬鈀和白金的“超級(jí)原子”。所謂“超級(jí)原子”是一簇帶有元素原子某些特征的原子。卡斯?fàn)柭^去的實(shí)驗(yàn)室涉及到超級(jí)原子概念的研究，其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)顯示，由13個(gè)金屬鋁原子組成的原子簇其表現(xiàn)如同一個(gè)碘原子，而在鋁原子構(gòu)成的系統(tǒng)中增加一個(gè)電子，其表現(xiàn)則如同一種罕見的氣體原子。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，14個(gè)鋁原子組成的原子簇的活動(dòng)性與一種堿金屬原子的相當(dāng)。

卡斯?fàn)柭碌难芯磕繕?biāo)是將超級(jí)原子想法提高到一個(gè)新的高度，并為超級(jí)原子概念提供合理的量化基礎(chǔ)。他表示：“這看上去就像我們能預(yù)測哪些元素原子的組合可模仿其他的元素原子。比方說，通過查看元素周期表，你便能推測一氧化鈦是鎳的一個(gè)超級(jí)原子。簡單方法是鈦原子的外層有4個(gè)電子，而原子氧的外層有6個(gè)電子，在元素周期表中，鈦元素向右移動(dòng)6個(gè)元素便是鎳。鎳原子的外層有10個(gè)電子，正好與鈦和氧組合的分子的外層電子數(shù)相同。我們?cè)紤]這個(gè)發(fā)現(xiàn)肯定是一種不可思議的巧合，于是我們?cè)囍闷淙チ私馄渌脑樱瑓s發(fā)現(xiàn)存在著同樣的規(guī)律。”

卡斯?fàn)柭硎荆恢@樣的規(guī)律是否適合于整個(gè)元素周期表中的所有元素，或者該規(guī)律是否只適合表中部分元素。目前，他和研究小組的成員正忙于對(duì)過渡金屬元素的分析工作。未來，他們計(jì)劃研究了解超級(jí)原子是否與其對(duì)應(yīng)的元素原子具有類似的化學(xué)性質(zhì)。

對(duì)于新研究的應(yīng)用，卡斯?fàn)柭f：“白金廣泛用于汽車的催化轉(zhuǎn)化器中，但是它十分昂貴。相反，與白金對(duì)應(yīng)的碳化鎢卻價(jià)格低廉。如果汽車催化轉(zhuǎn)化器制造商能夠利用碳化鎢來取代白金，那么便可以節(jié)省大筆的資金。同樣，用于某些內(nèi)燃過程中的金屬鈀期望能被廉價(jià)的一氧化鋯所代替。我們的研究從科學(xué)進(jìn)步和實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)角度看，都是十分令人振奮的。”