南开团队在无机合成及配位化学领域获重大突破。 11月17日，国际顶级期刊《科学》在线发表南开大学最新研究成果。该研究表述了全金属富勒烯[K@Au12Sb20]5-的合成及成键机制，展示了一种全新的化合物合成技术以及对金属键的精准调控在结构化学中的应用，为新材料的创制提供了崭新的研究思路。
全金属富勒烯[K@Au12Sb20]5-团簇结构示意图；钾原子为紫色，金原子黄色，锑原子为蓝色南开大学供图
1985年，人类首次发现了由60个碳原子构成的足球状碳簇C60，也被称为富勒烯。正是因为这一重大科学发现，他们在1996年获得了诺贝尔化学奖。
因具有独特的高度对称的结构、特殊的物理性质以及多种多样的化学反应特性，富勒烯自被发现以来一直备受瞩目，使得人们不断探索其在不同领域的应用。富勒烯的成键特性也被逐渐扩展到无机合成化学领域，理论上预测无机富勒烯将表现出非同寻常的稳定性和反应性，这激发了科学家们的极大兴趣，但其合成依然面临巨大挑战。
南开大学材料科学与工程学院教授孙忠明课题组通过研发一种新的合成方法，将高温固相合成与金属有机化学跨相结合，成功制备了全金属富勒烯[K@Au12Sb20]5-。
这一化合物呈现出接近阿基米德十二面体的结构，每一面皆由内含一个金原子的锑五边形平面构成，内径约为0.90纳米，略大于C60分子的直径（0.71纳米）。在这个相对较大的团簇空腔内，仅内嵌了一个钾离子，并且团簇整体无需有机配体的保护，其结构依然能够具有很好的化学稳定性，这使其成为迄今为止配位环境最接近富勒烯的纯无机化合物。
[K@Au12Sb20]5-团簇的成键模式及分子轨道南开大学供图
这一裸露的重金属球状团簇的稳定性得以实现，一方面归因于中心的钾离子起到了模板支撑作用，另一方面，金-锑之间独特的异金属键在维持整体结构完整性方面发挥了至关重要的作用。
理论计算结果显示，该分子的最显著特征之一是其三维球芳香电子结构，这导致在团簇表面形成了一层离域π 电子云，赋予全金属富勒烯化合物独特的物理化学特性。这一发现有望在光电材料或室温催化等领域发挥重要作用，具备广泛的应用潜力。
美国化学与工程新闻报道这一研究工作时认为，这种无机富勒烯可能有助于化学家设计并合成其他精密构造的纳米结构。德国图宾根大学化学家Andreas Schnepf教授表示，这种分子具有引人注目的键合特性，他认为这些团簇在溶液中可能展现出有趣的反应性和应用潜力。
南开大学材料科学与工程学院博士研究生徐毓贺是本论文的第一作者，孙忠明为论文通讯作者。（来源：中国科学报 李享 陈彬）
相关论文信息：https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adj6491
作者：孙忠明等 来源：《科学》