2022年5月20日，日本共同社报道，由日本名古屋大学和北海道大学等组成的研究团队在19日出版的《Nature Synthesis》上发布成果称，他们在世界上首次合成了“莫比乌斯环”形状的碳分子，并将其命名为“莫比乌斯碳纳米带”(Möbius carbon nanobelts MCNB)。随后还对它进行了分离和表征。
合成的“莫比乌斯碳纳米带”约为3.5纳米，具有扭曲的莫比乌斯带拓扑结构。扭曲的位置可以在整个分子上灵活移动，因此纳米带上没有正反的区别。它还具有当紫外线照射时会发出荧光的特性。据称，它可能具有迄今为止所有碳物质所没有的新特性。
莫比乌斯是一种神奇的拓扑学结构，这个结构可以用一个纸带旋转半圈再把两端粘上之后制作出来。普通的环有两个面，一个正面，一个反面；而莫比乌斯环只有一个面，是一个无限循环的完美闭环。一个人站在巨大的莫比乌斯环的表面，沿着他能看到的路一直走下去，他就永远不会停下来。
之前，尽管科学家们已经在纳米尺度上构建了各式各样奇特的纳米碳分子，例如碳纳米管、富勒烯等等，但还没有合成具有扭曲的莫比乌斯碳纳米带，这主要归因于它的大的环张力。
莫比乌斯碳纳米带模型图
2017年，名古屋大学研究团队宣布合成了无扭曲的“碳纳米带”，这是一种超短碳纳米管。之后，莫比乌斯碳纳米带成为科学界梦寐以求的目标。要加入扭曲，必须使长度比碳纳米带更长，研究人员用超级计算机计算出了必要的长度。
“与具有正常带状拓扑结构相比，这种扭曲的莫比乌斯碳纳米带应会表现出完全不同的特性和分子运动。然而，创造这种扭曲的结构说起来容易做起来难。”研究团队负责人伊丹健一郎说，从之前的碳纳米带合成中得知，应变能是合成过程中最大的障碍。此外，带状结构内的额外扭曲使最终目标分子的应变能更高。
通过对莫比乌斯碳纳米带的带状和扭曲分子结构产生的巨大应变进行理论分析，研究团队确定了合理的合成路线，最终通过14个化学反应步骤合成了莫比乌斯碳纳米带。
研究人员表示，这些新形式的碳结构可以不断地为新的科技打开大门，并终将产生非凡的特性、功能和应用。
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