最近在新奥尔良举行的美国科学发展协会（AAAS）年会上，“化学的前沿”专题讨论会的两个主题就是簇合物化学和光化学。

过渡金属、碳和硅原子簇化合物为化学家们研究固体本表面特性提供了强有力的新工具。在许多实验中，簇合物是存在于气相中的，从而能采用各种分析技术对其进行研究。制得簇合物的六小可以是几个到一百多个原子，这就开辟了研究从气相行为向类固相形行为转变的可能性。

含有1~5个原子的金属原子簇的制备和光谱特性以及它们同各种无机和有机分子如水、氨、一氧化碳、二氧化碳和乙醇等的反应是过去十年中赖斯大学化学教授马格雷夫（John L. Margrave）实验室的中心研究课题。马格雷夫等人利用加州大学伯克利分校皮门特（George C. Pimentel）发明的技术，从低温基体中分离出金属簇合物。

马格雷夫说，基体分离技术的一个优点就是能够研究化学反应，这类反应常常是由某些反应物前体的光分解所引起。"基体就是一个低温烧杯”，马格雷夫说。他的实验室许多工作都涉及到基体中金属簇合物的傅立叶变换红外光谱。

马格雷夫提供了大量这类研究的实例。例如，化学家们在14 K下，研究铁、钴和镍原子在氩基体中同甲醇的反应。用400 nm的光辐射时，铁就会插入醇中氧－氢键之间。之后，再用紫外辐射，就得到FeO和甲烷；FeH₂、一氧化碳和氢分子；FeCO和氢分子；以及CH₂FeOH等产物的一系列反应。Ni₂和Fe₂同水的反应也会得到不同寻常的分子基。如镍，其产物就是

马格雷夫提出，这类实验显示出一个“新分子化学的丰富领域”。

金属、石墨和硅的激光蒸发是研究簇合物的一个“关键技术”，也在赖斯大学的化学教授斯马利（Richard E. SmalIey）说。斯马利等人利用激光蒸发技术研究了大量簇合物的性质。他指出，簇合物除了具有有趣的表面化学外，还具有异常复杂的光物理。

斯马利研究小组发现的最有名的簇合物可能就是那些激光蒸发石墨制得的簇合物，特别是较为稳定的由60个碳原子组成的簇合物。在AAAS专题讨论会上，斯马利讨论了C₆₀的许多特征，其中包括它在原始宇宙凝聚态中的可能作用。因为该簇合物十分稳定，并且可能会在碳星体的环星壳层中形成。

但是，斯马利还发现了其它簇合物的一些引人注目的特性。利用离子回旋加速器共振（ICR）箱捕获形成后的簇合物离子技术使赖斯大学的化学家能够研究各种质量选择金属簇合物的化学问题。斯马利描述了一个实例——小铌原子簇同氢分子反应的化学。氢气束缚到含有2到20个铌原子的簇合物中的几率随簇合物中原子的数目可能有4个数量级的变化。斯马利说，事实上，只存在两种不同的Nb₁₉簇合物，一种对H₂具有高反应活性，而另一种对H₂基本是惰性的。为解释这种反应差异，化学家们假设，簇合物可能具有两种截然不同的几何构型。

在贝尔实验室，一位著名化学家曼迪切（Mary L. Mandich）及其同事小伦兹（William D. Reénts Jr. ）研究了在ICR装覃中形成的硅簇合物的化学，并且指出，硅化学是制造硅装置的基础，许多有关化学问题还有待研究。

曼迪切说，乍看起来，小硅簇合物与常见的块状硅相比，似乎很小。小簇合物中硅原子不能采取块状硅原子的四面体几何构型，所以簇合物采取高度密堆积构型，以减少悬空键。然而，簇合物中大部分原子位于表面，并且存在大量的悬空键，从而使簇合物十分活泼。

这些硅簇合物结构的活性“完全与表而缺陷有关，而且高反应活性的表面是硅装置加工过程中所必需的”，曼迪切说。许多块状硅表面的反应都发生于缺陷和有台阶之处。曼迪切还说，在这类硅表面上的空穴和台阶处能够出现在簇合物中所看到的悬空键，这些缺陷会给传统的硅加工技术带来困难。但曼迪切相信，这却可用以实现“加工低温硅装置的梦想”。

簇合物活性研究为发展这类技术提供了线索。曼迪切和伦兹发现，诸如XeF₂和NO₂试剂能够“浸蚀”小硅簇合物。硅烷和乙硅烷能将其它硅原子“贮存”到硅簇合物上。研究表明，这些浸蚀和贮存反应均可在室温下进行，并以簇合物中完全不同类型的悬空键为媒介。

几十年来，光与分子的相互作用就是化学的一个研究中心。不过，化学家们在研究分子的光化学和光物理方面变得更富有经验，他们正在了解和模拟复杂体系，如光合作用的反应中心。在AAAS的光化学专题讨论会上，谈论中心从建立控制光诱导电子转移反应的复杂体系到研究用偏振光测定分子在有机介质中的取向。

得克萨斯大学化学教授福克斯（Marye Anne Fox）提出，从电子供体到电子受体的电子转移使基态分子的正常电子需求发生逆转，从而为化学反应性开辟了新的道路，因为发生有效的电子转移时，反电子转移反应就一定会受到抑制，

福克斯描述了许多有机体系，其中包括液晶卟啉、敏化剂修饰的胶体、催化嵌段聚合物和化学修饰的双层涂布电极（用以提高可见和紫外光子吸收诱导的电荷分离）。正如福克斯所指出的，尽管大部分光化学研究主要集中于简单分子中的诱导氧化还原反应活性——例如，光诱导水解，但其中涉及到的原理同样适用于有机相变。

[C&EN，1990年3月5日]