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導(dǎo)讀

近日，蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工部諶寧教授課題組與清華大學(xué)李雋教授研究團(tuán)隊(duì)合作，在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志上發(fā)表了題為“A lanthanide–carbon triple bond stabilized within a fullerene cage”的研究論文。論文以蘇州大學(xué)第一及通訊署名單位發(fā)表，第一作者為蔣宏杰（蘇州大學(xué)，碩士研究生），趙靜（清華大學(xué)，博士），通訊作者為諶寧、李雋。

鑭系元素由于4f軌道收縮效應(yīng)（即鑭系收縮現(xiàn)象），其形成共價(jià)多重鍵的能力受到顯著限制，其中穩(wěn)定的三鍵合成長(zhǎng)期以來(lái)被視為難以突破的科研禁區(qū)。雖然近年來(lái)科研人員已在鈰（Ce）-碳雙鍵合成方面取得進(jìn)展，但需要更高程度軌道重疊的Ce≡C三鍵結(jié)構(gòu)仍被學(xué)界普遍認(rèn)為無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

諶寧研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)創(chuàng)新性地利用富勒烯分子籠的空間限域和保護(hù)作用，采用改良電弧放電技術(shù)成功制備了內(nèi)嵌金屬富勒烯CeCSc2@C80，首次實(shí)現(xiàn)了鈰碳三鍵的穩(wěn)定構(gòu)筑。X射線單晶衍射分析顯示，該結(jié)構(gòu)中Ce-C鍵長(zhǎng)僅為1.969(7) 埃，這一數(shù)值不僅遠(yuǎn)小于已報(bào)道的鈰碳雙鍵鍵長(zhǎng)（2.385-2.441埃），而且與理論預(yù)測(cè)的三鍵鍵長(zhǎng)（1.91 埃）高度吻合。通過(guò)可見(jiàn)-近紅外吸收光譜和電子順磁共振光譜的聯(lián)合表征，確認(rèn)了該化合物具有閉殼層[CeCSc2]6+@[C80]6-的電子構(gòu)型。紅外光譜中觀察到的Ce≡C特征振動(dòng)峰與理論模擬結(jié)果一致，為三鍵的存在提供了直接證據(jù)。深入的量子化學(xué)計(jì)算分析表明，自然定域分子軌道（NLMO）分析揭示了Ce-C之間存在一個(gè)σ鍵（貢獻(xiàn)度28%）和兩個(gè)π鍵（貢獻(xiàn)度17-19%），鍵級(jí)達(dá)到1.99，遠(yuǎn)超雙鍵體系；自然共振理論（NRT）計(jì)算也證實(shí)了三鍵結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位。

此項(xiàng)工作突破了對(duì)鑭系金屬成鍵能力的認(rèn)知，完善了鑭系價(jià)鍵理論，拓展了新型金屬多重鍵的合成途徑，也為發(fā)展鑭系金屬新型功能材料提供了新的范式。《科技日?qǐng)?bào)》在頭版以“我科研團(tuán)隊(duì)成功合成稀土三重鍵化合物”為題對(duì)該工作進(jìn)行了報(bào)道，人民網(wǎng)、央廣網(wǎng)等媒體進(jìn)行了轉(zhuǎn)載報(bào)道。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01856-2

來(lái)源：蘇州大學(xué)