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扬州大学澳门皇冠赌场网站澳门皇冠赌场网站学院汪洋教授课题组在《Nature Communications》发表研究论文

来源(扬州大学澳门皇冠赌场网站澳门皇冠赌场网站学院)   2019-11-07
导读:10月28日,《Nature Communications》杂志在线发表了扬州大学澳门皇冠赌场网站澳门皇冠赌场网站学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”。

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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。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


投稿合作邮箱:gongjian@huaxuejia.cn