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科技日報(bào)記者 吳長鋒
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校楊上峰教授課題組合成了兩種新型的基于過渡金屬釩的內(nèi)嵌金屬富勒烯，結(jié)合這兩種分子結(jié)構(gòu)上的關(guān)聯(lián)性，提出一種全新的內(nèi)嵌金屬富勒烯形成機(jī)制——自驅(qū)動(dòng)單原子碳注入機(jī)制，在內(nèi)嵌金屬富勒烯領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究成果日前發(fā)表在國際著名期刊《美國國家科學(xué)院院刊》上。
內(nèi)嵌金屬富勒烯因其結(jié)構(gòu)的多樣性在近20年間得到了飛速的發(fā)展，迄今為止已經(jīng)有超過50種金屬團(tuán)簇被報(bào)道嵌入到富勒烯碳籠中，然而它們的形成機(jī)理卻是長期困擾科學(xué)家的一個(gè)難題。對內(nèi)嵌金屬富勒烯中內(nèi)嵌金屬團(tuán)簇的形成機(jī)理的深入研究是富勒烯領(lǐng)域極其重要且富有挑戰(zhàn)性的工作。
在前期工作的基礎(chǔ)上，研究人員合成并分離出兩種新型的基于過渡金屬釩的內(nèi)嵌金屬富勒烯，利用單晶X射線衍射技術(shù)精確表征了它們的分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合DFT理論計(jì)算對其電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)這兩種內(nèi)嵌金屬富勒烯的分子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)存在極大的相似性。
在此基礎(chǔ)上，楊上峰教授課題組提出，它們之間存在一種全新的內(nèi)嵌金屬富勒烯形成機(jī)制——自驅(qū)動(dòng)單原子碳注入機(jī)制。該機(jī)制可以分為兩個(gè)過程，包括：獨(dú)碳團(tuán)簇金屬富勒烯對單原子碳的吸附；單原子碳注入碳籠形成雙碳團(tuán)簇金屬富勒烯。所內(nèi)嵌的過渡金屬釩上存在的單電子對于促進(jìn)單原子碳吸附到碳籠上起著至關(guān)重要的作用。不同于之前通過高壓法或離子注入法實(shí)現(xiàn)將非金屬原子嵌入到中性富勒烯碳籠的報(bào)道，通過單原子碳注入機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)將非金屬原子原位嵌入到帶負(fù)電的碳籠中，而且由于內(nèi)嵌釩原子的存在，該過程可以認(rèn)為是自驅(qū)動(dòng)的，相比于以往的合成方法大大降低了反應(yīng)能耗。
這一研究成果對于深入理解內(nèi)嵌金屬富勒烯的形成機(jī)理以及合成新結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌金屬富勒烯具有重要意義。
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（中國科大供圖）
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