双原子碳（Free C2）是高温下一种碳单质双原子分子形式，在自然界中较不稳定，一般仅能在蓝色火焰、彗星或星际物质中观察到它的存在。不过最近，由中研院化学研究所王朝谚研究员领导的团队领先全球、成功合成出稳定的双原子碳分子，有望发展石墨烯、硅、锗等半导体材料技术。
如果对双原子碳比较不熟，那自然界中较稳定存在的双原子分子你一定听过：氧气（O2）及氮气（N2）。和这些稳定的双原子分子比起来，科学家较无法掌握双原子碳的化学与物理性质，只知这种分子可从彗星或星际物质中找到，比如彗星发出绿光就是上面的双原子碳受到激发。
过去，科学家曾靠理论模拟双原子碳的结构，也曾使用过 2 个以上的配位基来稳定双原子碳，团队解释，配位基（ligand）就像原子的衣服，可和中心原子（金属或类金属）产生键结的原子、分子或离子，使不稳定的分子现形。而配位基越少、分子的性质就越简单，后续应用也更能排除其他突发因素，为了稳定中心原子，科学家通常需要替它们量身打造衣服。
王朝谚指出，过去研究帮双原子碳穿的“衣服”较多件，这也让合成出来的分子之化学和物理性质相对复杂。这一次，团队成功合成出稳定的单配位基（ligand，注）双原子碳分子“R3P→C2”，让双原子碳变得相当简单。
此外，研究团队也分析了新分子 R3P→C2 的结构，采用先进能量分解分析（Energy Decomposition Analysis，EDA）计算技术深入探讨其结构特性，解开化学界一直以来各自表述双原子碳化合物以及双原子碳性质的认知差异，比如价键理论认为形成双原子碳分子的唯一途径是形成碳碳四键。
实验证实，R3P→C2 在 C2 部分的 2 个碳原子皆有意想不到的反应活性，这项发现有助发展碳、硅、锗等碳族之新型态化学反应，并应用于催化反应。
未来，此分子也可延伸发展新型化学品或石墨烯、硅、锗等相关半导体材料开发。新论文发表在《自然-化学》（Nature Chemistry）期刊。
注：单配位基是指仅一处与中心原子结合的原子、分子或离子。
- Isolable dicarbon stabilized by a single phosphine ligand
（首图来源：中研院提供）
