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内嵌金属富勒烯生长机理研究新进展

2023,07-19

近日,yh86银河国际首席科学家、厦门大学谢素原院士,带领其研究团队与西班牙加泰罗尼亚化学研究学院(ICIQ)的Luis Echegoyen教授共同合作,在内嵌金属富勒烯C2插入生长机理的研究取得重要进展,相关成果以“TwoMetastable Endohedral Metallofullerenes Sc2C2@C1(39656)-C82 andSc2C2@C1(51383)-C84: Direct-C2-Insertion Products from Their Most StablePrecursors”于7月5日发表在《美国化学会志》,并且被选为当期内封面。 

内嵌金属富勒烯(EMF)是具有多种应用的亚纳米碳材料,但其形成机制,特别是亚稳态异构体的形成机制仍然不明确。目前的理论方法主要关注最稳定的异构体,由于其稳定性和产率较低,导致亚稳态异构体的可预测性有限。为了更好地理解内嵌金属富勒烯的形成机理,研究团队长期致力于寻找一些不稳定的中间体作为认识机理的关键实验证据。基于该想法,研究团队通过电弧放电法合成了两个违背"独立五元环规则"的内嵌金属富勒烯Sc2C2@C1(39656)-C82和Sc2C2@C1(51383)-C84,并通过单晶X射线衍射表征了其结构。

理论计算表明这两个结构在能量上是不稳定的、亚稳态的结构,并且可能不是在剧烈的电弧中心中形成的,而是通过C2碎片插入于在电弧中心形成的两种稳定的前驱体(Sc2C2@C2v(5)-C80以及Sc2C2@Cs(6)-C82)后而形成的产物。研究团队进一步提出了一种"两步法"的理论模型来对这种亚稳态的产物进行验证,从而证明了这两个结构都是"C2插入"的产物。这个工作不仅为内嵌金属富勒烯的形成机理提供了新的见解,还展示了"C2插入"合成新型的内嵌金属富勒烯的可能性。



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