你见过最神奇的化学物质是什么？
在我最初接触到黑磷时，我只是觉得它是一种碳的同素异形体，与我们熟知的石墨（导电性好，用于铅笔芯）和金刚石（硬度极高，用于切割）齐名。但深入了解后，我才发现黑磷简直是化学界的“变形金刚”，它的神奇之处体现在方方面面。
首先是它的结构。与石墨层层堆叠的平面结构不同，黑磷呈现出一种褶皱状的层状结构，就像一张张折叠的纸片一样堆叠在一起。这种独特的结构赋予了它与众不同的电子性质。你可以想象一下，石墨的电子就像在光滑的平面上自由流动，而黑磷的电子则需要在这种“山峦叠嶂”的地形中穿行，这使得它的导电性不像石墨那样各向同性，而是具有明显的方向性。也就是说，它在一个方向上导电特别好，而在另一个方向上则差很多。这种“择优”的导电性，在很多精密电子器件的设计上可是个大难题，但对于我们来说，却是打开了新世界的大门。
更让我着迷的是黑磷在电子学领域的应用潜力。我们都知道，现在的电子产品依赖于硅，硅在过去几十年里塑造了我们的数字生活。但硅的性能已经接近极限，我们迫切需要新的材料来突破瓶颈。而黑磷，恰恰成为了最有希望的“下一代”材料之一。
为什么这么说呢？原因在于它极高的载流子迁移率。简单来说，就是电子在黑磷中移动的速度非常快，这直接关系到电子器件的运算速度和效率。而且，黑磷的“开关比”也非常出色，这意味着它可以很有效地控制电流的通断，这对于制造超小、超快的晶体管至关重要。想象一下，未来手机的处理速度提升到现在的数倍，甚至更多，这背后可能就有黑磷的身影。
还有一个让我拍案叫绝的特性是它的“可调控性”。黑磷的层数可以被精确地控制，从几层到几十层，甚至是单层。而且，通过引入一些其他原子，我们还可以改变黑磷的电子性质，比如把它从一种半导体变成一种金属，或者调整它的导电性。这种“魔术般的”调控能力，让它成为了一个非常灵活的构建模块，工程师们可以根据不同的需求来定制材料的性能。这就好像你拿到了一块乐高积木，你不仅可以堆叠它，还可以改变它的颜色、形状，甚至让它发出光芒。
此外，黑磷还在催化、能源存储等领域展现出了惊人的潜力。例如，它可以作为一种高效的催化剂，帮助化学反应更快速、更有效地进行，这在工业生产和环境保护方面都有重要的意义。在能源存储方面，它的高比表面积和良好的导电性，也让它成为制造高性能电池和超级电容器的理想材料。
当然，神奇的背后总伴随着挑战。黑磷对空气非常敏感，容易被氧化，这使得它的储存和使用需要特别小心。而且，大面积、高质量地制备黑磷仍然是一个技术难题。但这恰恰也是它吸引人的地方，就像一块未经雕琢的璞玉，它所蕴含的巨大潜力，等待着我们去发掘和实现。
在我看来，黑磷就像一个化学界的“炼金术士”，它以一种我们难以想象的方式，将基础的元素转化成具有非凡性质的材料。每一次关于黑磷的研究突破，都让我感受到化学的魅力和科学的进步，也让我对未来的科技发展充满了无限的期待。它不仅仅是一种化学物质，更是科技革新的一扇窗户，透过它，我看到了一个更加智能、高效、美好的未来。
网友意见
“无穷烯”——12个芳香环连成“∞”
无穷烯，是美国化学会《C&EN》评选的2021年度“明星分子”之一。
结构式链接：http://chem.kingdraw.cn/Shortlink?id=20211228102637
日本名古屋大学的Kenichiro Itami教授课题组成功合成了一种具有独特、全共轭、螺旋扭曲结构特征的环状螺烯分子——无穷烯，因为结构式类似“∞”符号而得名。它是一种十分稳定的黄色固体，带有绿色荧光，可溶于常见的有机溶剂。
论文链接：https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/6165026b35b4062ec310d759
emmmm我来说一个，这个可能并不叫化学物质，而应该叫元素，就是钯这种元素。
它有什么特殊的呢？
我们知道，在元素周期表中，每一个周期的元素，都拥有与其周期数相等的电子层数。
比如说氢是第一周期的元素，它就有一层电子，氡是第六周期的元素，那么它有六层电子。
所有元素都是这样，除了它！这个特立独行的钯元素！
它是第五周期元素，但是它只有四层电子！
为什么会这样呢，这就要从电子轨道说起了，相信上过高中化学的同学们都知道，第三周期之后（除去镧系和锕系）电子填充的顺序，都是先在最外层电子层上的s轨道中填充两个电子，然后再在次一层的d轨道上依次填充10个电子，最后再在最外层的p轨道上填充6个电子，这样的话，会使得电子层数严格按照周期数排列。
但是钯元素非常特殊，当次一层（也就是第四层）的d轨道填充到8个电子时，神奇的事情发生了，最外层（也就是第五层）的s轨道上的两个电子居然越俎代庖，自降身价，填充到了d轨道上剩余的两个空位上（这样做是为了使能量最低化，从而使元素更加稳定），所以导致钯元素本应拥有的第五层电子消失不见了。不过它之后的银元素就还是按部就班先s后d了。
嗯，这就是元素周期表中最特殊的元素，钯。
我也来凑个热闹。
比如， @成楚旸 老板做的分子机器，就是很好玩的东西：[干货] 2016年诺贝尔化学奖 - 分子机器究竟是什么？
再比如，我之前因为偶尔撞见一个问题，查到了一个「理论上预测存在」的分子：有没有可能存在 C5H4 这样的物质？
大家注意看一下 @龙草 和 @丁鹏辉 补充的文献
再比如，除了足球烯（C60）之外，还有哪些好玩的像足球一样的分子？ @猫立刻 @Morita Michinori
那个问题我没有来得及回答，正好在这儿一并回答了。像足球的分子，一种是非碳元素，组成足球的形状，比如Money和猫立刻说到的分子。最近，山大的 Zhi Wang et al. （2017）还合成了一个银-180，是由金属原子构成的足球状分子，也是挺厉害的。
另一类，则是足球烯套足球烯，还是碳的同素异形体。2016 年，TAMU 的 Debojit Bhattacharya （2016）等人搞怪，用 60 个足球烯黏成了一个超级足球烯（足球烯又被戏称为 buckyball）。
至于那组被很多人玩烂了的有机小人，我就不多说了。
好，上面说的是形状比较好玩的分子。下面，我要说一系列在研究分子结构中还是挺重要的「奇怪分子」，它们中间存在比常规的化学键要弱，但是又比范德华力要强的键，可以称之为「弱化学键」。
比如，其中经典的一类，是通过质子的离域键来结合的。例子有 和 。但他们俩又不太一样。
前者是极性的。 结合紧密，而另一侧的 则偏安一隅。但是 中质子距离 中心只有 1.744 Å，显然比普通的范德华作用力要短（~3 Å），而比正常的化学键又要长。这根键的键能是 1443 cm-1，即 17.3 kJ/mol，和氢键在一个级别上。
而 却不一样：它是非极性的，这个质子稳居两个氮气分子中间。其实 是非常常见的星际分子，用来追踪分子云中的氮气，结合是非常紧密的。但是当另一个 靠近的时候，原来的 和 之间的距离就被拉远了，从原本的 1.032 Å（Szanto et al. 1998），被拉长到了 1.277 Å（Yu et al. 2015）。而且 的解离能可达 6139 cm-1，即 73.6 kJ/mol，可以说是已经很像普通的化学键了。
当然，质子因为带着正电荷，本身在成键上就有加成光环。还有一类以氧原子为核心的分子，就更加好玩了——它们都是电中性的自由基： 。它们实际上，都是由一个羟基自由基 和对应的双原子分子组成的。这些四原子自由基中间的那根化学键，都格外长。 中的 键有 1.688 Å， 中的 键有 1.657 Å，而 中的 键，则达到惊人的 1.915 Å：这是迄今为止人类观察到的最长的 单键！
这些分子奇异的结构，为我们拓展对化学键的认识提供了宝贵的案例。虽然化学键的概念提出可能有近百年了，从中学课本里就开始讲，但实际上，仍然有尚未搞清楚的地方。就比如说上面这些分子，要想纯粹通过理论，从头计算出它们的准确结构，可并不容易，得花一番功夫呢。
这类分子不仅仅在化学键理论上有重要的地位，而且：可能就在我们身边。像 HOOO, HOON 等自由基，是大气中羟基自由基 OH 的存储池，会参与到大气中的氧循环中。当然，早年大家觉得 HOOO 会抓住很多 OH，但是后来实验发现 HOOO 的键能太低了，因此它在 OH 循环中的参与度其实并不那么高。
以上，是我要说这些分子的理由吗？
并不是。真实的原因是，HOOO 的毫米波光谱，是我测的。嗯。
参考文献：
Wang, Z. et al. Assembly of silver Trigons into a buckyball-like Ag180 nanocage. Proc. Natl Acad. Sci., USA 114, 12132 (2017)
Debojit Bhattacharya et al. The astounding buckyball buckyball. Chem. Phys. Lett., 647, 185 (2016)
Bieske et al. The infrared spectrum of the H2–HCO+ complex. J. Chem. Phys., 102, 5152 (1995)
Szanto et al. A microwave substitution structure for protonated nitrogen N2H+. J. Chem. Phys., 75, 4261 (1981)
Yu et al. Structure, Anharmonic Vibrational Frequencies, and Intensities of NNHNN+. J. Phys. Chem. A, 119, 11623 (2015)
McCarthy et al. Spectroscopic Detection and Structure of Hydroxidooxidosulfur (HOSO) Radical, An Important Intermediate in the Chemistry of Sulfur-Bearing Compounds. J. Chem. Phys. Lett., 4, 4074 (2013)
Suma et al. The Rotational Spectrum and Structure of the HOOO Radical. Science, 308, 1885 (2005)
Crabtree et al. Detection and Structure of HOON: Microwave Spectroscopy Reveals an O–O Bond Exceeding 1.9 Å. Science, 342, 1354 (2013)
Zou et al. Weakly Bound Clusters in Astrochemistry? Millimeter and Submillimeter Spectroscopy of trans-HO3 and Comparison to Astronomical Observations. J. Phys. Chem. A, 120, 657 (2016)
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