《高效率近紅外發光稀土金屬富勒烯的合成與性質研究》是依託中國人民大學，由王志永擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高效率近紅外發光稀土金屬富勒烯的合成與性質研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王志永
- 依託單位：中國人民大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
將稀土金屬原子或原子簇嵌入富勒烯內部空腔中可以得到一系列具有獨特結構和性質的新型稀土化合物。稀土元素具有豐富多變的螢光特性，然而內嵌在富勒烯空腔中的稀土離子的發光通常被碳籠嚴重猝滅，目前實驗上僅有鉺離子在富勒烯內的發光被觀測到。如何抑制碳籠對金屬離子發光的猝滅是當前研究中的一個難題。本項目提出，通過對富勒烯碳籠進行共價修飾改變碳籠的電子結構，抑制碳籠對稀土離子近紅外發射的淬滅，提高金屬富勒烯的發光效率。結合實驗研究和量子化學計算，揭示稀土金屬富勒烯發光性質的關鍵影響因素，完善對金屬富勒烯發光機制的理解。在此基礎上發現新的近紅外螢光活性金屬富勒烯物種，並將金屬富勒烯的螢光研究從鉺元素拓展到釹、銩等更多的稀土元素，從而獲得更豐富的螢光性質。本項目將深化我們對金屬富勒烯分子結構與光學性質之間關係的理解，同時將為金屬富勒烯在光學方面的套用提供新的思路。
結題摘要
內嵌稀土金屬富勒烯是一類具有獨特結構的新型稀土化合物。由於富勒烯碳籠的猝滅作用，很多內嵌在富勒烯碳籠中的稀土金屬離子的發光強度很弱。如何提高碳籠內稀土金屬離子的發光效率是當前研究中的一個難題。本項目通過對富勒烯碳籠進行共價修飾改變碳籠的電子結構，調控碳籠的激發態能級，使碳籠對內嵌稀土離子的發光起到敏化作用，從而提高金屬富勒烯的發光效率。針對具有開殼層電子結構的內嵌金屬富勒烯，利用自由基加成反應對其進行共價修飾，包括三氟甲基化、苯基化和苄基化等反應。通過對含餌金屬富勒烯及其衍生物的近紅外螢光性質進行研究，發現三氟甲基化可以使得含餌金屬富勒烯的近紅外發光效率顯著提高。這是因為三氟甲基共價修飾使富勒烯由開殼層變為閉殼層電子結構，並顯著增大了碳籠的最高已占分子軌道-最低未占分子軌道能隙。共價修飾之後富勒烯碳籠激發態與餌離子激發態的能級更加匹配，增強了碳籠對鉺離子發光的敏化作用。本項目的研究工作證明了通過碳籠功能化可以獲得具有新穎結構的內嵌金屬富勒烯，並且可以增強其螢光性質。金屬富勒烯在生物醫學方面具有重要的套用價值，利用鉺金屬富勒烯的近紅外螢光性質有望進一步拓展金屬富勒烯的生物醫學套用，並開發出新的多功能富勒烯材料。
