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內(nèi)嵌三金屬獨(dú)碳團(tuán)簇富勒烯的穩(wěn)定化規(guī)則
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)楊上峰教授課題組通過(guò)高溫電弧放電法和高效液相色譜合成并分離了異構(gòu)體純的VSc2C@Ih(7)-C80, VSc2C@D5h(6)-C80和VSc2C@D3h(5)-C78，并且通過(guò)單晶X射線衍射技術(shù)確定了它們的晶體結(jié)構(gòu)，其中后兩種單晶結(jié)構(gòu)是非Ih(7)-C80碳籠異構(gòu)體的三金屬μ3-獨(dú)碳團(tuán)簇富勒烯的首次報(bào)道，相關(guān)成果以“Astabilization rule for metal carbido cluster bearing μ3-carbidosingle-atom-ligand encapsulated in carbon cage”為題于2024年1月2日發(fā)表在《NatureCommunications》上。
基于單個(gè)碳原子配體（獨(dú)碳）的金屬獨(dú)碳化合物（例如，固氮酶活性位點(diǎn)（Fe7MoS9C））提供了多相催化中吸附碳原子的理想模型。作為最簡(jiǎn)單的金屬獨(dú)碳化合物，內(nèi)嵌三金屬獨(dú)碳團(tuán)簇富勒烯（trimetallic μ3-carbido clusterfullerenes，簡(jiǎn)寫(xiě)為μ3-CCFs）是一種特殊的內(nèi)嵌金屬富勒烯，第一例μ3-CCF為2014年報(bào)道的TiLu2C@Ih(7)-C80，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為獨(dú)碳原子配體與過(guò)渡金屬Ti形成Ti=C雙鍵，而與稀土金屬Lu則形成單鍵。雖然目前文獻(xiàn)中已報(bào)道了十余例μ3-CCFs，但只有少數(shù)幾例的分子結(jié)構(gòu)通過(guò)單晶X射線衍射技術(shù)得到了證實(shí)，而且內(nèi)嵌的非稀土金屬僅限于過(guò)渡金屬鈦（Ti）和錒系金屬鈾（U）。因此，探索基于其他非稀土金屬的新型μ3-CCFs，并建立一個(gè)通用規(guī)則闡明其所內(nèi)嵌的金屬獨(dú)碳團(tuán)簇的穩(wěn)定化機(jī)制是十分必要的。
本項(xiàng)研究團(tuán)隊(duì)首次合成并表征了基于第三種非稀土金屬（釩）的內(nèi)嵌三金屬獨(dú)碳團(tuán)簇富勒烯VSc2C@Ih(7)-C80, VSc2C@D5h(6)-C80和VSc2C@D3h(5)-C78，其中后兩種單晶結(jié)構(gòu)是非Ih(7)-C80碳籠異構(gòu)體的三金屬μ3-獨(dú)碳團(tuán)簇富勒烯的首次報(bào)道，并且提出了補(bǔ)充八電子規(guī)則作為三金屬μ3-獨(dú)碳團(tuán)簇富勒烯的穩(wěn)定規(guī)則。該規(guī)則的建立對(duì)于金屬獨(dú)碳化物的穩(wěn)定性研究和拓展新型獨(dú)碳團(tuán)簇富勒烯具有指導(dǎo)意義。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44567-3
