自美国宾夕法尼亚州立大学研究人员威尔福 · 卡斯托曼为首的化学小组偶然发现一种新材料以来，距今已经一年多的时间了。他们发现的这种笼状团在其12面体结构上含有8个金属原子和12个碳原子。他们根据典型的化学术语将这种材料命名为金属碳面体，即met-Cars。
met-Cars把许多金属原子同几个碳原子结合在一起，形成一种对称网络，这种网络即使不掺杂别的物质，也能成为导体，且性质特别稳定。
“越来越多的人已在谈论met-cars的潜在用途了，比如用作催化剂和超导体等。”卡斯托曼说，“据我们了解该材料的特性可能是金属。”
“它们也可能具有半导体的性质，而过渡金属又可能使其成为良好的催化剂。但是，在我们没有得到数量足够的材料以测定其性质和用X-射线照相术核实其结构之前，所有这些说法都是推测性的。”
这一天的到来不会久远了，因为对极其微小的分子束尺寸的微粒一年的研究探索，卡斯托曼小组如今开发出一种制造更大一些微粒的方法，这将对这种原子团进行更详细的研究。
卡斯托曼研究小组一年的艰苦努力的探索取得了一定进展，除确定了它的化学结构外，他们还发现至少4种过渡金属形成这种分子团，且存在2种、3种甚至4种笼状结构。
在这一年里，卡斯托曼的研究小组撰写了12篇论文。在美国、欧洲他们发表了大量的介绍文章，且有40多份刊物发表了讨论他们这项发现的文章，从《华尔街杂志》、《美国科学》到中国的《参考消息》都提到了他们的发现。
其他研究人员，其中包括斯坦福大学名誉教授、诺贝尔奖金获得者鲍林进行了10多次的相关研究，另外，卡斯托曼小组还答应了对开发met-car表示出商业兴趣的50多家公司的要求。
一年以前，他们的工作环境是很平静的，卡斯托曼小组着重研究分子团，如水蒸气如何凝聚，TiO2如何变成白色等课题。
他们是第一个揭示发电厂废烟中的SO2同OH分子反应生成SO3的研究小组，SO3分子同水分子结合又形成酸雨。为表彰这些成就，美国化学会授予卡斯托曼1988年度环保科学和技术进步奖。
met-car是在1991年12月偶然发现的。当时，卡斯托曼等人正准备改变他们的研究计划，从对钛催化剂和研究转向对氡放射性衰变产物的研究。
为了探测烯烃聚合时钛的催化活性，他们把激光蒸发钛团同10%乙烯和90%氦的载气混合在一起，对产物的质谱的分析表明，峰值大约为528 amu，比其他任何峰值都高。
对其他用作反应气体的碳水化合物，包括甲烷、乙烷、乙炔、丙烯、苯进行了类似试验后，卡斯托曼小组在528 amu上发现了相同的质量峰值，没有其他低于1200 amu的特别的峰值。这引起了卡斯托曼等人的兴趣，这种峰值代表了一种纯碳团吗？在质量是528 amu时，该团固定着44个碳原子，这使它比1985年由斯马里发现的C60巴基球更小，或者它是掺钛碳团，如Ti@C40或者具有分子式TisCbHc的某种分子团吗？
在对这种未知分子团的最初试验中，卡斯托曼的研究小组进行了同位素标记试验。首先他们用氚置换载气中的氢，相同的528峰值又一次出现了，这表明这种分子团中没有吸收任何氢原子。
接着他们在烃载气中置换13C，结果质谱正好转移到12 amu，表明分子团中含有12个碳原子。了解到这些情况后，卡斯托曼认为Ti8C12具有神奇峰值。
下一个要解决的问题是弄清材料的结构。在接下来的研究中，研究人员采用一种四极MS/MS法，发现同极性材料的化学反应确实把8个极性分子添加到每一个分子团上，卡斯托曼说：“如果我们把它与水反应，它将吸收8个水分子；与氨反应，它将吸收8个氨分子；如果我们用它与乙醇反应，它也恰好吸收8个乙醇分子。为使其具有活性，所有的金属原子必须附在分子团的表面上，这也表明这些金属原子并不都是一起结合在一个部位。
比较那些类型相似的系统，它们的金属-金属键比金属碳键脆弱，而金属-碳键又比碳-碳键脆弱，我们认为met-car具有高稳定性这一事实表明它必须最大限度地增加碳键数量。这突然给我以启迪：它的结构可能类似于我们一年前在水分子团上发现的5角形12面体。
在这种结构中，每个钛原子结合着3个碳原子，而每个碳原子又结合着一个毗邻的碳原子和2个钛原子，这样的结合就使得这种结构非常稳定。
此后，英国研究者格灵米和盖尔，法国研究者罗曼和伯拉德，弗吉尼亚联邦威尔士大学的学者理查罗德也都证实了这一结构。
met-car的结构被确认后不久，卡斯托曼等研究人员又发现单个met-cars结合在一起，通过共享一个普通表面而形成复杂的分子团。
卡斯托曼说，如果能制取带有钛的met—cars，为什么不能把具有类似电子结构的过渡金属用到钛上形成类似的结构呢？
卡斯托曼小组经过研究，发现这是可能的，他们能够制造出V8C12、Ir8C12和Hf8Cu12，每种物质的峰值都很神奇，分别为552，872，1568 amu。
卡斯托曼说：“我们还无法形成带有钴和钽的met-car，因为这些过渡金属的电子结构使简单的立方结构带有碳原子。”
另外的试验表明，对于氧反应来讲，met-cars是很稳定的。弗吉尼亚大学的研究人员还确认了met-car的金属特性，并指出它只具有微磁性。
卡斯托曼说：“证实了met-cars能同其他过渡金属而不仅仅是同钛一起形成后，我们决定集中精力制造大批量的分子团而不是制造更多类型的分子团。
首例met-cars是用一种Nd：YAG激光器蒸发一根直径3.18 mm的金属棒的表面层制造的激光产生一种含有带电金属微粒的超热等离子体。然后用含有少量烃的氦载气清除等离子体，金属原子和烃反应生成氢原子被除去了的金属碳键。
最近，卡斯托曼发现对钛和石墨粉末的一种混合物实施激光蒸发；在一定情况下产生的met-car数量大大超过他的等离子体反应，卡斯托曼说：“这是一大进步”。
卡斯托曼对他发现了一种新材料十分满意，他对自己能够揭开met-cars其他方面的秘密充满信心，如果他的研究成功，将实现他的最终目标，即研究met-cars的潜在用途。
[R&D，1993年2月号］