新型內嵌原子簇富勒烯的合成及其物理化學性質研究

《新型內嵌原子簇富勒烯的合成及其物理化學性質研究》是依託蘇州大學，由諶寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型內嵌原子簇富勒烯的合成及其物理化學性質研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：諶寧
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

內嵌富勒烯是新型的納米碳材料，在電子、能源、生物醫學等領域有廣闊的套用前景。在已報導的幾種內嵌富勒烯中，內嵌原子簇富勒烯是穩定性和產率最高的一類，也是當前富勒烯材料領域的研究熱點。內嵌原子簇可通過多種金屬與非金屬原子的結合而形成不同的結構，這種多樣性對內嵌原子簇富勒烯的電子結構和物理化學性質有重要的調控作用。本項目的研究目標在於製備一系列新結構的內嵌硫化物/磷化物富勒烯，探索新結構內嵌原子簇的合成，並對這一系列新型內嵌原子簇富勒烯進行物理化學性質研究，探討內嵌原子簇的變化對其電子結構和化學反應性的影響。通過對電化學結晶法所獲得的內嵌原子簇富勒烯離子晶體的結構解析，研究內嵌原子簇富勒烯在還原前後的結構變化和電化學還原的機理。這些研究成果將對內嵌原子簇富勒烯作為新型納米碳材料的套用產生推動作用。

結題摘要

內嵌原子簇富勒烯是內嵌富勒烯中穩定性和產率最高的一類，內嵌的原子簇由金屬和非金屬原子所組成，其內嵌結構呈現出豐富的多樣性。這種富勒烯的內嵌結構對其電子結構和物理化學性質都有著重要的調控作用, 在生物醫學、分子電子器件以及光電器件中顯示出良好的套用前景。本項目通過引入CO2作為氧源，使用電弧放電法，製備了一系列的新型內嵌氧化物富勒烯Sc2O@C2n（n=35-45）。對其中主要的6個內嵌氧化物原子簇富勒烯用高效液相色譜進行了分離純化，用單晶X射線衍射法進行了精細的結構表征，並對他們的物理化學性質進行了系統的表征分析。通過結構和電化學性質研究，發現（1）內嵌的氧化物原子簇具有柔性，可根據碳籠的大小和結構變化變換原子簇鍵角，但其Sc-O鍵鍵長基本保持不變。（2）內嵌的氧化物原子簇以及碳籠的結構對化合物的電化學性質有顯著影響，內嵌富勒烯碳籠的大小與對稱性對氧化物原子簇內嵌富勒烯的氧化還原電位以及電化學反應行為有顯著的影響。（3）內嵌氧化物原子簇富勒烯的碳籠結構能夠通過Stone-Wales 和C2的插入和去除進行相互轉換，揭示了內嵌富勒烯在形成過程中可能存在的生長機理。本項目發展了一種新型的內嵌富勒烯材料的製備與分離純化方法，並對一系列不同碳籠結構的內嵌原子簇富勒烯進行了精確的結構測定和物理化學性質分析，揭示了其結構與性質的關聯，對內嵌富勒烯材料的特性與生長機理研究有重要的指導意義。