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氧化硼（B2O3）廣泛應用于玻璃、光學材料和高能推進劑等領域，在常壓下以玻璃態形式存在。玻璃態氧化硼模型被認為是由特定結構單元組成的二維網絡，但其結構表征和生長機制仍不明確。研究氧化硼團簇結構的演化，對理解玻璃態物質的生長機制和成鍵特征具有重要意義。然而，與離子型氧化硼團簇相比，中性氧化硼團簇不帶電荷，難于探測和質量選擇，實驗研究更具挑戰性。因此，實現中性氧化硼團簇的精準光譜表征是研究人員長期以來的目標之一。近日，中國科學院大連化學物理研究所等科研團隊，利用大連相干光源觀測到含有玻璃態關鍵結構單元的中性氧化硼團簇，為理解玻璃態物質的微觀結構和生長機制提供了新思路。為實現對中性團簇的精準探測和結構解析，團隊自主開發了基于大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗站，實現了質量選擇中性團簇的高靈敏譜學探測、結構表征和反應性能研究。結合大連相干光源和桌面極紫外光源，該實驗站已被用于水團簇、金屬—水團簇、硼團簇等體系的中性團簇光譜研究。科研人員利用基于大連相干光源的中性團簇紅外光譜實驗站，測定了一系列中性氧化硼團簇（BO3、B2O4和B3O6）的尺寸選擇紅外光譜。團隊將實驗光譜與量子化學理論計算相結合發現，BO3、B2O4和B3O6團簇均具有平面結構，分別由BO、BO3和B2O5基團組成，而這些基團正是構成玻璃態二維網絡的關鍵結構單元。化學鍵分析表明，這些團簇平面結構的高度穩定性源于端基B≡O和B–O σ鍵之間的協同作用。該研究為體相材料的關鍵結構單元提供了光譜特征，也為系統研究氧化硼材料的逐步形成和生長機制提供了新策略。相關研究成果發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院等的支持。論文鏈接科研人員觀測到含有玻璃態關鍵結構單元的中性氧化硼團簇