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我院汪洋教授课题组在《Nature Communications》发表研究论文
发布日期:2019-11-07 浏览次数: 字号:[ ]


1028日,《Nature Communications》杂志在线发表了我院汪洋教授课题组完成的最新研究论文“Modification of boron nitride nanocages by titanium doping results unexpectedly in exohedral complexes”。该论文报道了金属钛掺杂的硼氮富勒烯的奇特结构,颠覆了人们普遍持有的认为硼氮金属富勒烯属于内嵌复合物的观点。他们通过高级别的DFT计算系统地研究了一系列 Ti(BN)n 复合物 (2n = 24-48),惊讶地发现Ti原子强烈地倾向于从外部与笼子结合而不是被包裹在富勒烯笼内。计算表明,在典型的制备硼氮团簇的条件下,金属从外部与笼子结合是显著的自发过程,而金属笼内结合的分子结构则无法自发形成。这与金属和碳富勒烯的结合方式形成鲜明对比。

 

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为解释这一出乎意料的结果,他们系统研究了Ti(BN)n 复合物的大量可能的结构,发现了决定其稳定性的成键特征。最值得注意的是,在稳定结构中,四价钛原子与笼上六边形的两平行边上的四个氮原子进行配位,这种键合方式既有利于金属-配体轨道相互作用,又能保持笼形框架的最小形变。这就使得在金属掺杂后,硼氮纳米笼的拓扑结构和B, N原子的排列方式都发生了重大变化。掺杂了金属的笼子出现了如五元环、七元环等罕见的面,而这些奇数环在纯的硼氮富勒烯中是不存在。另一方面,B, N原子的重新排列导致两个B—B键的出现。这些反位点可能在捕获二氧化碳和固氮等方面具有潜在的应用价值。

 


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作者还提出了低能碰撞诱导解离的实验方案,来证实金属硼氮富勒烯的笼外结合结构。在采用10 eV左右的碰撞能时,如果在质谱图中仅检测到Ti +离子信号,就证明复合物是笼外结合的。如果金属是内部结合的,则将需要更高的激发能,并且还可能观察到母笼的碎片。

该发现可能会拓展或改变人们对金属功能化的硼氮纳米结构的理解,并激发人们对该课题进行进一步实验和理论探索。

我院硕士研究生李如意为该文的第一作者,汪洋教授为通讯作者。本研究得到获得了校优势学科和学科特区等项目资助。

 

论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41467-019-12877-0

Modification of boron nitride nanocages by titanium doping results unexpectedly in exohedral complexes

Ruyi Li & Yang Wang

Nat. Commun., 2019, 10, 4908, DOI: 10.1038/s41467-019-12877-0

 




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