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揚州大學化學化工學院汪洋教授課題組在《Nature Communications》發表研究論文

來源:揚州大學化學化工學院      2019-11-07
導讀:10月28日,《Nature Communications》雜志在線發表了揚州大學化學化工學院汪洋教授課題組完成的最新研究論文“Modification of boron nitride nanocages by titanium doping results unexpectedly in exohedral complexes”。

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該論文報道了金屬鈦摻雜的硼氮富勒烯的奇特結構,顛覆了人們普遍持有的認為硼氮金屬富勒烯屬于內嵌復合物的觀點。他們通過高級別的DFT計算系統地研究了一系列 Ti(BN)n 復合物 (2n = 24-48),驚訝地發現Ti原子強烈地傾向于從外部與籠子結合而不是被包裹在富勒烯籠內。計算表明,在典型的制備硼氮團簇的條件下,金屬從外部與籠子結合是顯著的自發過程,而金屬籠內結合的分子結構則無法自發形成。這與金屬和碳富勒烯的結合方式形成鮮明對比。

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 為解釋這一出乎意料的結果,他們系統研究了Ti(BN)n 復合物的大量可能的結構,發現了決定其穩定性的成鍵特征。最值得注意的是,在穩定結構中,四價鈦原子與籠上六邊形的兩平行邊上的四個氮原子進行配位,這種鍵合方式既有利于金屬-配體軌道相互作用,又能保持籠形框架的最小形變。這就使得在金屬摻雜后,硼氮納米籠的拓撲結構和B, N原子的排列方式都發生了重大變化。摻雜了金屬的籠子出現了如五元環、七元環等罕見的面,而這些奇數環在純的硼氮富勒烯中是不存在。另一方面,B, N原子的重新排列導致兩個B—B鍵的出現。這些“反位點”可能在捕獲二氧化碳和固氮等方面具有潛在的應用價值。

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作者還提出了低能碰撞誘導解離的實驗方案,來證實金屬硼氮富勒烯的籠外結合結構。在采用10 eV左右的碰撞能時,如果在質譜圖中僅檢測到Ti +離子信號,就證明復合物是籠外結合的。如果金屬是內部結合的,則將需要更高的激發能,并且還可能觀察到母籠的碎片。

該發現可能會拓展或改變人們對金屬功能化的硼氮納米結構的理解,并激發人們對該課題進行進一步實驗和理論探索。碩士研究生李如意為該文的第一作者,汪洋教授為通訊作者。本研究得到獲得了校優勢學科和學科特區等項目資助。

論文信息:

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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