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中美学者合作发现配位数最高的分子转子和双环管状结构

日期 2017-03-23   来源:山西大学   作者:李思殿  【 】   【打印】   【关闭

  在国家自然科学基金项目(项目编号:21433005,21590792,21373130)等资助下,山西大学分子科学研究所李思殿教授课题组与清华大学化学系李隽教授课题组和美国布朗大学化学系Lai-Sheng Wang教授课题组通力合作,通过高分辨光电子能谱实验、全局极小结构搜索和严格量子化学理论计算,成功地气相合成并表征了化学上配位数最高的分子转子[B2-Ta@B18](下图左)和完美双环管状结构[Ta@B20](下图右)。这两个新颖结构中金属原子(Ta)的配位数均破纪录地达到20,成为已知化合物中配位数最高的体系,实现了配位化学的新突破。该成果的研究论文以“Observation of a metal-centered B2-Ta@B18- and a perfect Ta@B20- boron drum with the record coordination number of twenty” (最高配位数20的分子转子B2-Ta@B18-与双环管状Ta@B20-的实验观测)为题于2017年2月4日发表在英国皇家学会化学会Chemical Communications上。论文链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/cc/c6cc09570d#!divAbstract。

  配位化学主要研究金属中心与无机或有机配体形成的配合物的结构、性质与应用,属于化学与材料、催化及生命科学的交叉研究领域。配位数是描述金属中心配位环境和配合物稳定程度的重要标志,已知过渡金属最高配位数为18。前期研究工作表明,过渡金属掺杂可以有效改变硼纳米团簇的结构和性质,形成平面、管状和笼状各类新颖结构及配合物分子马达,受到学界广泛关注。本研究首次在气相光电子能谱实验中观察到TaB20团簇存在两个稳定管状异构体:分子转子[B2-Ta@B18]-(下图左)和完美双环管状结构[Ta@B20](下图右)。900 K温度下的分子动力学模拟表明,[B2-Ta@B18]结构中的Ta-B2三角形结构几乎可以绕着管状分子的对称轴自由旋转,完美双环管状结构[Ta@B20]中的金属配位中心则按照软模振动的方式,沿着分子对称轴上下振动。金属杂硼纳米管可形成一类新型管状分子马达,也可能作为纳米结构单元,形成催化材料、储能材料和纳米组装材料。

图. 化学上配位数最高的分子转子[B2-Ta@B18](左)和双环管状结构[Ta@B20](右)

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