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科技日報記者 吳長鋒
記者從中國科學技術大學獲悉，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嵌金屬富勒烯，結合這兩種分子結構上的關聯性，提出一種全新的內嵌金屬富勒烯形成機制——自驅動單原子碳注入機制，在內嵌金屬富勒烯領域取得重要進展。研究成果日前發表在國際著名期刊《美國國家科學院院刊》上。
內嵌金屬富勒烯因其結構的多樣性在近20年間得到了飛速的發展，迄今為止已經有超過50種金屬團簇被報道嵌入到富勒烯碳籠中，然而它們的形成機理卻是長期困擾科學家的一個難題。對內嵌金屬富勒烯中內嵌金屬團簇的形成機理的深入研究是富勒烯領域極其重要且富有挑戰性的工作。
在前期工作的基礎上，研究人員合成并分離出兩種新型的基于過渡金屬釩的內嵌金屬富勒烯，利用單晶X射線衍射技術精確表征了它們的分子結構，結合DFT理論計算對其電子結構進行了系統研究，發現這兩種內嵌金屬富勒烯的分子結構和電子結構存在極大的相似性。
在此基礎上，楊上峰教授課題組提出，它們之間存在一種全新的內嵌金屬富勒烯形成機制——自驅動單原子碳注入機制。該機制可以分為兩個過程，包括：獨碳團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簇金屬富勒烯。所內嵌的過渡金屬釩上存在的單電子對于促進單原子碳吸附到碳籠上起著至關重要的作用。不同于之前通過高壓法或離子注入法實現將非金屬原子嵌入到中性富勒烯碳籠的報道，通過單原子碳注入機制可以實現將非金屬原子原位嵌入到帶負電的碳籠中，而且由于內嵌釩原子的存在，該過程可以認為是自驅動的，相比于以往的合成方法大大降低了反應能耗。
這一研究成果對于深入理解內嵌金屬富勒烯的形成機理以及合成新結構內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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