近日，我院楊上峰教授課題組通過對內嵌富勒烯進行化學修飾，成功實現了其分子構型的調控，為調控內嵌富勒烯的結構提供了新的思路。該工作以“Steering the Geometry of Butterfly-Shaped Dimetal Carbide Cluster within a Carbon Cage via Trifluoromethylation of Y₂C₂@C₈₂(6)”為題，以封面文章的形式發表于最新一期的國際重要化學期刊《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 3496?3499），同時入選當期的JACS亮點文章（Spotlights on Recent JACS Publications）。

富勒烯結構中最為特殊之處是其碳籠內部為空腔結構，因此可以在其內部空腔內嵌原子、離子或原子簇而形成內嵌富勒烯。由于內嵌富勒烯具有許多空心富勒烯（如C₆₀）所不具備的特殊物理和化學性質及潛在應用，從而成為納米碳材料領域的國際研究熱點。通過在富勒烯碳籠中嵌入在自由狀態下不穩定的金屬原子簇（如Y₂C₂）而形成內嵌原子簇富勒烯，可以實現具有不同幾何構型的金屬原子簇的穩定化。作為一類特殊的內嵌原子簇富勒烯，內嵌雙金屬碳化物原子簇富勒烯（M₂C₂@C_2n）由于分子式與雙金屬富勒烯（M₂@C_2n+2）相同，因此只有利用X射線單晶衍射法才能精確確定其分子結構。然而，目前通過X射線單晶衍射法成功確定出結構的內嵌雙金屬碳化物富勒烯十分有限，而且是否能通過化學修飾改變其內嵌的金屬碳化物原子簇的蝴蝶狀幾何構型也不得而知。

鑒于此，研究人員聚焦具有代表性的CH₃OH/g-C₃N₄該研究組首先合成和分離出含有內嵌雙金屬碳化物原子簇富勒烯Y₂C₂@C_2n的組分，然后與莫斯科州立大學Sergey I. Troyanov教授組合作，對其進行三氟甲基化反應并對產物進行分離得到了Y₂C₂@C₈₂(6)(CF₃)₁₆的四種同分異構體。通過對其進行X射線單晶結構研究，研究者發現隨著加成的16個三氟甲基在碳籠上加成位點的改變，所內嵌的蝴蝶狀的Y₂C₂原子簇的幾何構型也發生了明顯的變化（該現象類似于蝴蝶起舞，如圖所示），這是由于碳籠上未加成三氟甲基的兩個五元環（用于與所內嵌的Y原子配位）的相對位置發生了改變所導致的。由于內嵌富勒烯的性質（如磁性）與內嵌原子簇的幾何構型密切相關，這一結果對于調控內嵌富勒烯的結構和性質具有重要意義。審稿人認為“這是一篇重要的文章，首次報道了在同一個碳籠中對Y₂C₂的幾何構型進行調控”（“This is an important paper reporting the manipulation of the geometry of Y₂C₂ cluster within the same C_s-C₈₂(6) carbon cage for the first time.”）；“這是一個顯著的成功”（“This is a notable achievement.”）。

合肥微尺(chi)度物質科學國家研究(jiu)中心博士生(sheng)金(jin)飛為該論文的第一(yi)作(zuo)者(zhe)，楊上峰(feng)教授為唯一(yi)通訊作(zuo)者(zhe)。該項(xiang)研究(jiu)得到了科技(ji)部、國家自然科學基金(jin)委和量子(zi)(zi)信息與量子(zi)(zi)科技(ji)前沿協同創新中心的資助。

此前(qian)(qian)，基于前(qian)(qian)期在新結(jie)(jie)構內嵌原子簇富勒烯(xi)的合成、分離(li)、結(jie)(jie)構和性質研(yan)究(jiu)方(fang)面(mian)的系列工作，該研(yan)究(jiu)組受邀為(wei)國際重(zhong)要(yao)綜(zong)述期刊《化(hua)學(xue)會評論》撰寫了題為(wei)“When metal clusters meet carbon cages: Endohedral clusterfullerenes”的綜(zong)述文(wen)章（Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5005-5058）。

附文章鏈接：

//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b12925

//pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/cs/c6cs00498a