近日，我校材料與化學(xué)化工部諶寧教授課題組與清華大學(xué)李雋教授研究團隊合作，在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）雜志上發(fā)表了題為“A lanthanide–carbon triple bond stabilized within a fullerene cage”的研究論文。論文以蘇州大學(xué)第一及通訊署名單位發(fā)表，第一作者為蔣宏杰（蘇州大學(xué)，碩士研究生），趙靜（清華大學(xué)，博士），通訊作者為諶寧、李雋。
鑭系元素由于4f軌道收縮效應(yīng)，其形成共價多重鍵的能力受到顯著限制，其中穩(wěn)定的三鍵合成長期以來被視為難以突破的科研禁區(qū)。雖然近年來科研人員已在鈰（Ce）-碳雙鍵合成方面取得進展，但需要更高程度軌道重疊的Ce≡C三鍵結(jié)構(gòu)仍被學(xué)界普遍認為無法實現(xiàn)。
諶寧研究團隊通過創(chuàng)新性地利用富勒烯分子籠的空間限域和保護作用，采用改良電弧放電技術(shù)成功制備了內(nèi)嵌金屬富勒烯CeCSc2@C80，首次實現(xiàn)了鈰碳三鍵的穩(wěn)定構(gòu)筑。X射線單晶衍射分析顯示，該結(jié)構(gòu)中Ce-C鍵長僅為1.969(7) 埃，這一數(shù)值不僅遠小于已報道的鈰碳雙鍵鍵長（2.385-2.441埃），而且接近理論預(yù)測的三鍵共價半徑之和1.91埃。通過可見-近紅外吸收光譜和電子順磁共振光譜的聯(lián)合表征，確認了該化合物具有閉殼層[CeCSc2]6+@[C80]6-的電子構(gòu)型。紅外光譜中觀察到的Ce≡C特征振動峰與理論模擬結(jié)果一致，為三鍵的存在提供了直接證據(jù)。深入的量子化學(xué)計算分析表明，自然定域分子軌道（NLMO）分析揭示了Ce-C之間存在一個σ鍵（貢獻度28%）和兩個π鍵（貢獻度17-19%），鍵級達到1.99，遠超雙鍵體系；自然共振理論（NRT）計算也證實了三鍵結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位。
此項工作突破了對鑭系金屬成鍵能力的認知，完善了鑭系價鍵理論，拓展了新型金屬多重鍵的合成途徑，也為發(fā)展鑭系金屬新型功能材料提供了新的范式。《科技日報》在頭版以“我科研團隊成功合成稀土三重鍵化合物”為題對該工作進行了報道，人民網(wǎng)、央廣網(wǎng)等媒體進行了轉(zhuǎn)載報道。
