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我国科学家合成固定富勒烯的灵活之‘手’

发布日期:2019-04-23 15:47:48   发稿人:安徽省科学技术厅网    来源:科技部网    阅读:

球形笼状富勒烯,如C60,或称“巴基球”,是20世纪末最重要的科学发现之一。结晶学被认为是确定富勒烯结构最可靠的方法,通过笼外衍生或选择一种“巴基捕手”化合物将富勒烯超分子组装成共晶体,可以减少富勒烯单晶的无序缺陷并直接识别其原始结构。但由于缺乏可靠的“巴基捕手” 化合物,科学家难以确定富勒烯的几何结构,许多富勒烯的新结构至今仍无法利用单晶衍射分析技术进行结构分析,直接制约了我们对富勒烯形成机理及结构-性能关系的深入认识。

针对这一难题,在“大科学装置前沿研究”重点专项等的支持下,厦门大学张前炎、谢素原研究组和中国科学技术大学杨上峰研究组另辟蹊径,从凹面结构的十氯碗烯出发,设计并合成了一种独特的十吡咯碗烯。这种十吡咯碗烯具有手性结构,类似于分子“手”:在凹的碳框架碗烯‘手掌’周围有十个通过单键相连的吡咯基团,通过灵活的单键“手指”的转动自适应调整各吡咯平面与碗烯形成的二面角,能够以酷似双手捧球的方式自适应支撑不同的巴基球。该十吡咯碗烯可与15种具有代表性结构的富勒烯类型(几乎涵盖了迄今所有已知类型的富勒烯)组装形成有序的二维结构的单晶,均适合进行X射线单晶衍射分析。相关研究成果近期发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。

该研究工作解决了一些长期未解的富勒烯几何结构精确表征的问题,发现的具有灵活吡咯基团的十吡咯碗烯基体的通用性将有助于许多未知/未解的富勒烯的结晶学可视化,以及通过化学嵌入将原本密集堆积的球形富勒烯组装成二维层状结构。