冲绳科学技术研究所（OIST）科学技术组研究员 Satoshi Takebayashi 博士与冲绳科学技术研究所工程部科学家 Hyung-Been Kang 博士以及来自德国、俄罗斯和日本的科学家一起，在冲绳科学技术研究所成功开发出了一种新型茂金属化合物。这一发现有望为医学、催化和能源领域开辟新的方向。
新合成的 21 电子茂金属化合物的晶体结构，显示氮原子（蓝色）、钴原子（红色）、氢原子（绿色）和碳原子（灰色）。资料来源：Takebayashi 等人，2023 年
有机金属化合物是由金属原子和有机分子组成的分子，通常用于加速化学反应，在推动化学领域的发展方面发挥了重要作用。
茂金属是一种有机金属化合物，因其多功能性和特殊的"三明治"结构而闻名。茂金属的发现是对有机金属化学领域的重大贡献，因此 1973 年诺贝尔化学奖授予了发现并解释其夹层结构的科学家。
茂金属之所以用途广泛，是因为它们能够"夹心"多种不同元素，形成各种化合物。它们可用于各种用途，包括生产聚合物、用于测量血液中葡萄糖含量的血糖仪、过氧化物太阳能电池，还可用作催化剂（一种可提高化学反应速率而不被反应本身消耗或改变的物质）。
茂金属化合物、其电子数和应用举例。资料来源：Takebayashi 等人，2023 年
茂金属的化学结构可以容纳多种电子数，从而形成多达 20 个电子的复合物。不过，18 电子结构最受欢迎，因为它是最稳定的结构。
"众所周知，拥有超过 18 个电子的情况很少见，因为如果偏离 18 个电子，茂金属的化学键就会开始拉长、断裂并改变结构。然而，我们在 19 个电子的茂金属上增加了两个电子，从而创造出了 21 个电子的茂金属。"Takebayashi博士解释说："我想大多数人都认为这是不可能的，但我们的21电子茂金属在溶液和固体状态下都很稳定，可以长期保存。"
有了这种新的茂金属，我们就有可能创造出新型材料，应用于医药、催化和能源领域，帮助解决重要的全球性问题，提高我们的生活质量。
研究中的挑战与合作
由于茂金属的夹层结构很容易被改变，因此研究中最具挑战性的部分是科学家们要证明氮已成功地与钴结合，而不会改变夹层结构。他们必须严格证明茂金属与所有相邻碳原子都正确结合，并且氮原子与钴原子相连。为此，Takebayashi 博士组织了一支由不同专业的研究人员组成的强大团队，并明确证明了所有元素都结合良好。
展望未来，Takebayashi 博士未来的研究重点是将 21 电子茂金属用于催化和材料科学等更适用的科学领域，以及在此基础上发现前所未有的有机金属化学。