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新結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌富勒烯研究取得重要進展

時間：2021-04-12 23:48:02學(xué)院：化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院學(xué)校：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
　　近日，我院楊上峰教授課題組成功實現(xiàn)了基于第五副族過渡金屬的新結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌富勒烯的合成及分離，這一成果使得能被內(nèi)嵌至富勒烯碳籠的金屬種類從已知的第一、第二主族和第三、第四副族金屬擴展至第五副族過渡金屬。相關(guān)研究成果以“Entrapping a Group-VB Transition Metal, Vanadium, within an Endohedral Metallofullerene: VxSc3-xN@Ih-C80(x=1, 2)”為題發(fā)表于最新一期的國際重要化學(xué)期刊《美國化學(xué)會》（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 207-214）?！?
　　內(nèi)嵌富勒烯（endohedral fullerene）區(qū)別于傳統(tǒng)空心富勒烯（如C60）在于可以在富勒烯碳籠的空腔結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌某些特殊物種（原子，離子或原子簇）。由于內(nèi)嵌富勒烯內(nèi)部所內(nèi)嵌的物種可以轉(zhuǎn)移特定數(shù)目的電子到外部的碳籠上，內(nèi)嵌富勒烯具有許多空心富勒烯所不具備的特殊物理和化學(xué)性質(zhì)，從而成為碳材料領(lǐng)域的國際研究熱點。值得一提的是，自1991年首個可被提取的內(nèi)嵌富勒烯La@C82發(fā)現(xiàn)至今，能被內(nèi)嵌至富勒烯碳籠的金屬種類十分有限，主要是基于第三副族金屬（鈧、鐿、鑭系金屬）。此外，基于第一、第二主族和第四副族金屬的內(nèi)嵌富勒烯也有少量報道。這極大地限制了目前所知的內(nèi)嵌富勒烯的種類及其應(yīng)用前景，因此是否能將內(nèi)嵌富勒烯的內(nèi)嵌金屬種類進行擴展一直是富勒烯界急待解決的難題。

　　

　　

　　該研究組選取第五副族過渡金屬釩(V)為研究體系，通過不斷探索原料和合成方法嘗試合成含釩的常規(guī)內(nèi)嵌金屬富勒烯和內(nèi)嵌氮化物原子簇富勒烯，最終以Sc2O3和VC（V2O5）為起始原料，通過改進的直流電弧放電法，成功地合成了首個含釩的內(nèi)嵌氮化物原子簇富勒烯ScxV3-xN@C80（x=1, 2），并利用多步高效液相色譜法對其進行了分離。進一步地，通過與廈門大學(xué)謝素原教授和華中科技大學(xué)盧興教授組合作，利用X射線單晶衍射法成功確定出其分子結(jié)構(gòu)。還與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李群祥教授組合作對其進行了理論研究。含釩的新結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌富勒烯ScxV3-xN@C80（x=1, 2）的成功合成突破了近年來內(nèi)嵌富勒烯所內(nèi)嵌金屬種類極為有限的瓶頸，不僅豐富了內(nèi)嵌富勒烯的種類，同時為進一步的合成其它新結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌富勒烯提供了新的思路。

　　該項研究得到了科技部，國家自然科學(xué)基金委和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。

　　附文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b10115。

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　　　　（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室，量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心）

　　


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