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C60的發(fā)現(xiàn)起源于人們對(duì)星際碳物質(zhì)的探索, 于1985年由Kroto、Smalley和Curl等人首次在實(shí)驗(yàn)室合成，三人并因此獲得1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2010年，加拿大天文學(xué)家Jan Cami教授等人通過比對(duì)C60的四條紅外特征譜線與Spitzer空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的年輕行星狀星云Tc 1的紅外發(fā)射譜，確認(rèn)C60存在于星際空間。

目前，天文學(xué)家已在恒星形成區(qū)、年輕恒星、演化晚期恒星、（前）行星狀星云以及星際介質(zhì)等多種天體環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了C60，表明C60在宇宙空間的廣泛存在。

Kroto教授曾于1980年代末期提出猜想：星際空間中，富勒烯可與其他星際分子/離子通過離子-分子或分子-分子反應(yīng)形成富勒烯衍生物從而存在于星際空間。事實(shí)上，研究人員已經(jīng)通過化學(xué)或物理方法合成了數(shù)百上千種富勒烯衍生物。那么，如何確認(rèn)富勒烯衍生物以及哪些富勒烯衍生物存在于星際空間，仍然是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的難題。

基于此，西安交通大學(xué)侯高壘教授聯(lián)合多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，利用自主發(fā)展的質(zhì)譜-光譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)，首次測(cè)量得到了氣相富勒烯-金屬復(fù)合物在6-25微米范圍的高分辨紅外譜，并通過與Spitzer空間望遠(yuǎn)鏡得到的天文觀測(cè)譜比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)富勒烯-金屬復(fù)合物可潛在貢獻(xiàn)于星際未證認(rèn)紅外發(fā)射譜帶和彌散星際譜帶（The Astrophysical Journal 2023, 952: 13. DOI: 10.3847/1538-4357/accf1b）。

最近，在上述工作基礎(chǔ)上，侯高壘教授團(tuán)隊(duì)將目前所有已報(bào)道的實(shí)驗(yàn)測(cè)量的C₆₀、C₆₀⁺、C₆₀H⁺、C₆₀O⁺、C₆₀OH⁺、C₇₀和C₇₀H⁺等七種富勒烯物種的振動(dòng)頻率匯編為VibFullerene數(shù)據(jù)集。

研究人員利用密度泛函理論對(duì)VibFullerene數(shù)據(jù)集中的90余個(gè)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在綜合考慮計(jì)算成本與計(jì)算可靠性的基礎(chǔ)上，擬合得到了各種常用理論計(jì)算水平下適合于富勒烯物種紅外譜可靠預(yù)測(cè)的頻率校正因子。

研究人員將通過所得校正因子校正的富勒烯-金屬復(fù)合物的理論紅外譜與實(shí)驗(yàn)測(cè)量譜進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)吻合很好，表明了研究所構(gòu)建VibFullerene數(shù)據(jù)集的合理性與所得頻率校正因子的可靠性。

隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，研究人員希望VibFullerene數(shù)據(jù)集得到進(jìn)一步的擴(kuò)充與豐富，從而使得人們對(duì)富勒烯相關(guān)物種紅外譜的預(yù)測(cè)精度得到進(jìn)一步提高，為天文觀測(cè)的譜線范圍提供重要指導(dǎo)。

特別是2021年底發(fā)射升空的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）將為研究人員提供更高靈敏度、更高信噪比和更高分辨率的天文觀測(cè)紅外發(fā)射譜數(shù)據(jù)，從而為富勒烯相關(guān)物種的搜索與分析提供前所未有的機(jī)遇。這將有助于認(rèn)識(shí)富勒烯等碳基分子在恒星演化中的潛在意義和價(jià)值，理解宇宙中的物質(zhì)循環(huán)，從而幫助完善宇宙演化模型，揭示宇宙生命起源。

上述研究成果近期以“Towards a reliable prediction of the infrared spectra of cosmic fullerenes and their derivatives in the JWST era”為題發(fā)表在國際著名天文期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023, stad2335）。

西安交通大學(xué)物理學(xué)院侯高壘教授設(shè)計(jì)領(lǐng)導(dǎo)了該研究，為論文的通訊作者，博士生徐健智為論文第一作者。該研究得到了國際知名天體物理學(xué)家美國密蘇里大學(xué)Aigen Li教授與中科院新疆天文臺(tái)李小虎研究員的合作與支持。西安交通大學(xué)物理學(xué)院和物質(zhì)非平衡合成與功能調(diào)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文的通訊作者單位，研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計(jì)劃”等的支持。

西安交大“團(tuán)簇譜學(xué)精密測(cè)量和結(jié)構(gòu)調(diào)控”研究團(tuán)隊(duì)由侯高壘教授牽頭組建。團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)和理論并重，堅(jiān)持面向世界科技前沿和國家重大需求，主要利用自主研發(fā)的多維度調(diào)控的高靈敏度高分辨質(zhì)譜-光譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)技術(shù)與儀器，開展原子分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)、光譜學(xué)及其動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)和理論研究。

目前研究工作主要圍繞能源催化轉(zhuǎn)化、實(shí)驗(yàn)室天體物理與化學(xué)以及團(tuán)簇基功能信息器件的設(shè)計(jì)與構(gòu)建等開展。在JACS、Angewandte Chemie、Acc. Chem. Res.、PNAS、Nat. Commun.、Astrophys. J.和Phys. Rev. A等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇；主持國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、重大研究計(jì)劃、科技部高端外專項(xiàng)目和陜西省科技科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等國家級(jí)與省部級(jí)項(xiàng)目，與國內(nèi)外多個(gè)知名研究小組和大型光源裝置如加拿大光源、荷蘭自由電子激光光源FELIX等建立有緊密的長(zhǎng)期合作關(guān)系。

團(tuán)隊(duì)擬招聘2-3名從博士后到副教授階段的、志同道合的有志于科學(xué)研究的青年人才加入，每年擬招收碩士生與博士生等3-4名，歡迎有物理、化學(xué)、天文、光學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、第一性原理計(jì)算、量子化學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)模擬等方面背景的青年人才和學(xué)子聯(lián)系

論文鏈接：

https://doi.org/10.1093/mnras/stad2335

侯高壘主頁：

https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/hougaolei

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