由柏林自由大学、法国国家科学研究中心(CNRS)以及法国梅斯洛林大学的科学家组成的国际研究团队，在氟化合物化学领域取得了重大突破。借助量子化学模拟，他们首次证明重氟原子也能“隧穿”，也就是在两种状态之间转换。

这项研究题为《量子力学氟隧穿的实验观察》，发表在《自然通讯》杂志上。它为控制化学反应和更好地理解某些氟化合物特别稳定或具有反应性的原因开辟了新的前景。

氟和氟化合物在我们的日常生活中随处可见。氟基团可以促进药物在体内的吸收;氟化合物可以提高手机电池的效率并延长电池使用寿命;牙膏中的氟化物可以预防蛀牙。与此同时，全氟烷基物质(PFAS)和多氟烷基物质(PFAS)对人类健康和环境构成了日益严重的威胁。

为了充分理解氟化物在化合物中的正面和负面影响，我们需要对氟及其化合物相互作用背后的科学原理进行深入研究。这正是合作研究中心 (CRC) 1349“氟特异性相互作用”项目的目标之一。

在 CRC 1349 框架内，柏林自由大学的 Sebastian Hasenstab-Riedel 教授和 Beate Paulus 教授领导的团队，以及法国国家科学研究中心 (CNRS) 的 Jean Christophe Tremblay 教授与法国梅斯洛林大学合作，现已发现了一种独特的氟特异性相互作用。

十多年前，哈森斯塔布-里德尔和他的团队在零下270摄氏度的氖晶体中成功捕获了一种不寻常的分子。这种分子——一种仅由五个紧密排列、高度带电且不稳定的氟原子组成的阴离子——实际上不应该存在。然而，该分子却出奇地稳定。

为了理解是什么将这种分子维系在一起，Paulus 团队的研究人员与 Tremblay 一起进行了大量的计算和量子力学模拟。他们发现了一种令人惊讶的效应，这种效应此前主要在非常轻的氢原子中观察到，但对于相对较重的氟原子来说，这几乎是不可能的。

研究人员能够证明，即使是氟原子也可以有效地隧穿 - 即使分子在实际上由有限能量屏障分隔的两个状态之间自发转变。

这种类型的隧穿效应已在其他轻得多的元素分子(例如氢和氧)中观察到。在此之前，研究人员认为氟原子太重，根本无法隧穿，因此在谈到隧穿效应时，他们倾向于称之为“氟墙”。

然而，这项新研究似乎预示着一种范式转变。被困在极小空间内的分子中，特殊的键合条件组合似乎使得比氧更重的原子也能够进行隧穿。

“这些发现不仅扩展了我们对含氟化合物中化学键的理解，”该研究的第一作者、柏林自由大学的卡斯滕·穆勒博士说道。“它们还为我们提供了新的工具，让我们能够以有针对性的方式控制分子反应——无论是在材料研究、医学还是新技术设计领域。”

更多信息： Carsten Müller 等人，量子力学氟隧穿的实验观察，《自然通讯》(2025)。期刊信息： 《自然通讯》