內嵌三金屬獨碳團簇富勒烯的穩定化規則
近日,中國科學技術大學楊上峰教授課題組通過高溫電弧放電法和高效液相色譜合成并分離了異構體純的VSc2C@Ih(7)-C80, VSc2C@D5h(6)-C80和VSc2C@D3h(5)-C78,并且通過單晶X射線衍射技術確定了它們的晶體結構,其中后兩種單晶結構是非Ih(7)-C80碳籠異構體的三金屬μ3-獨碳團簇富勒烯的首次報道,相關成果以“Astabilization rule for metal carbido cluster bearing μ3-carbidosingle-atom-ligand encapsulated in carbon cage”為題于2024年1月2日發表在《NatureCommunications》上。
基于單個碳原子配體(獨碳)的金屬獨碳化合物(例如,固氮酶活性位點(Fe7MoS9C))提供了多相催化中吸附碳原子的理想模型。作為最簡單的金屬獨碳化合物,內嵌三金屬獨碳團簇富勒烯(trimetallic μ3-carbido clusterfullerenes,簡寫為μ3-CCFs)是一種特殊的內嵌金屬富勒烯,第一例μ3-CCF為2014年報道的TiLu2C@Ih(7)-C80,其結構特點為獨碳原子配體與過渡金屬Ti形成Ti=C雙鍵,而與稀土金屬Lu則形成單鍵。雖然目前文獻中已報道了十余例μ3-CCFs,但只有少數幾例的分子結構通過單晶X射線衍射技術得到了證實,而且內嵌的非稀土金屬僅限于過渡金屬鈦(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,并建立一個通用規則闡明其所內嵌的金屬獨碳團簇的穩定化機制是十分必要的。
本項研究團隊首次合成并表征了基于第三種非稀土金屬(釩)的內嵌三金屬獨碳團簇富勒烯VSc2C@Ih(7)-C80, VSc2C@D5h(6)-C80和VSc2C@D3h(5)-C78,其中后兩種單晶結構是非Ih(7)-C80碳籠異構體的三金屬μ3-獨碳團簇富勒烯的首次報道,并且提出了補充八電子規則作為三金屬μ3-獨碳團簇富勒烯的穩定規則。該規則的建立對于金屬獨碳化物的穩定性研究和拓展新型獨碳團簇富勒烯具有指導意義。
論文鏈接://doi.org/10.1038/s41467-023-44567-3