内嵌金属碳氮化物团簇富勒烯的稳定性与生成机理

对新结构富勒烯金属包合物的探索是富勒烯领域中的研究重点。本文从内嵌团簇与富勒烯碳笼尺寸匹配的角度出发,对基于金属碳氮化物团簇的新结构富勒烯金属包合物进行了研究。通过量子化学计算研究了M_3NC团簇(M=Y,La,Gd)内嵌在D_2(186)-C_(96)和D_2(35)-C_(88)分子中所形成包合物的稳定性和电子结构,发现富勒烯碳笼接受内嵌团簇转移的六个电子形成了稳定结构。结合文献已报道过的Sc_3NC@I_h(7)-C_(80)分子,阐明了M_3NC团簇与富勒烯碳笼之间的尺寸匹配效应,并发现D_2(186)-C_(96)、D_2(35)-C_(88)和I_h(7)-C_(80)三种富勒烯碳笼均具有五元环均匀分布的结构特点。我们对富勒烯之间的转变路径进行了研究,提出了不含Stone-Wales异构化过程的富勒烯直接生成机理,即可以通过增加碳原子的过程使五元环重排,在保持稳定性结构单元的同时转变为更大碳笼。     

三金属氮化物富勒烯中富勒烯笼和内嵌团簇的尺寸效应

内嵌金属富勒烯是指金属原子或其团簇内嵌于碳笼之中而形成的复合结构.实验和理论研究都表明内嵌金属原子或团簇对碳笼的电荷转移作用在这类分子中是普遍存在的,并且电荷转移作用能够稳定化原本高度活性的碳笼.三金属氮化物富勒烯(trimetallic nitride fullerenes,TNFs)因其新奇的结构和性质吸引了广泛的研究兴趣.研究者已经对Sc3N@C68,Sc3N@C78和Sc3N@C80进行了广泛而深入的研究并阐明了它们的结构;而且,三金属氮化物团簇(M3N,M=Sc,Y,La等)在各种碳中的稳定化机理已经被阐明,即能够嵌入氮化物团簇的碳笼是那些LUMO+3与LUMO+4能级能量差大的碳笼.对于含有更重的内嵌团簇的TNFs,目前已经取得相当的研究进展,然而仍然有很多未解之谜等待揭开.如:为什么烟灰中Sc3N@C2n,Y3N@C2n和La3N@C2n(n=34,39和40)的产量戏剧性地下降?三金属氮化物M3N@C2n中,电荷转移相互作用像单金属内嵌富勒烯M@Cn中的情况一样吗?为了揭开上述未解之谜,我们对M3N@C80进行系统研究的基础上(ChemPhysChem2006,7:1306),通过密度函数理论方法,对M3N@C2n(n=34,39,40)进行了更广泛更深入的研究.结果表明,对于C68-6140,金属原子位于五元环-五元环共边(B55)的前面;对于C78-5,金属原子位于六元环-六元环共边(B66)的前面;对于C80-7,Sc原子位置不固定,而Y、La原子位于六元环(R6)的前面.Sc3N在所有考虑的碳笼内都是平面的,Y3N在C68和C78中是微弱锥化的,然而在C80-Ih中是平面的;相反,La3N在所有碳笼中都是锥化的.总之,内嵌团簇趋向于在碳笼中形成具有最大金属-金属(M-M)距离的结构,以便于张力能得到最大限度的释放.内嵌锥形团簇的那些碳笼与相应的富勒烯笼比较起来,结构上发生了重大的变形,此种情况下相应分子中存在重要的M-C以及M-M排斥力,相应的分子是不稳定的.对优化后的M3N@C2n的结构分析表明,Y-Y/Y-N和La-La/La-N距离都分别小于自由态Y3N、La3N中的M-M/M-N距离.这些结构中,金属原子与碳笼的成键特性或内嵌团簇与碳笼之间的分子轨道相互作用都是次要的.对于较小的碳笼和较大的内嵌团簇形成的体系,首先满足的应该是几何尺寸上的要求.这些结果清楚地表明,内嵌团簇尺寸较大的三金属氮化物富勒烯中存在重大的M-M以及M-C排斥相互作用并随着碳笼的增大而减小.这些计算结果揭示了内嵌团簇和碳笼的尺寸对TNFs的结构和稳定性的影响,能够良好地解释M3N在碳笼中的位置以及M3N@C2n在产量上的差异并能够为这类物质的结构测定、结构-性质关系阐释提供重要的参考价值.     

CoC60(OH)的合成及氧化还原性能

富勒烯独特的电子及空间结构 ,使富勒烯及其衍生物具有特殊的物理化学性能[1 ,2 ] 。在富勒烯金属化合物方面 ,如碱金属原子可以与C60 键合成类“离子型”化合物而表现出十分良好的超导特性[3] 。过渡金属也能与富勒烯形成稳定的过渡金属富勒烯化合物[4] ,此类化合物可能具有与碱金属富勒烯化合物不同的性能 ,如Pd和C60 形成C60 Pdn后具有良好的催化性能[5] 。最近Chi等[6] 合成出稀土富勒烯化合物Sm3C70 ,并且认为Sm与C70 是以共价键的形式结合。研究的主要目的是通过研究富勒烯衍生物结构与性能之间的内在联系规律 ,以期在开发应用方…     

C75N+位置异构体的电子结构和光谱研究

杂原子的介入可改变纯碳笼的电子结构, 使其在超导、光电子器件及有机铁磁体等方面得到应用, 还可改善其氧化还原性能, 提高反应活性, 因而引起人们的研究兴趣[1～3]. Averdung[1]研究了C59N+与H的反应, 用质谱检测到C59NH和C59NH+2, 并用AM1方法优化其结构; Lamparth[2]以双氮杂富勒烯为前体, 合成了C59N+和C69N+, 测定中间体的 1H NMR谱、 UV谱及产物的FAB质谱, 并用 15N标记法证实了最强的碎片峰是N原子进入母体碳笼骨架所致. Diederich[3]观察到C76氮化物的FAB质谱信号, 但未给出进一步信息. 本文用INDO系列方法对氮杂富勒烯C75N+位置异构体的结构和稳定性进行理论研究, 找出最稳定的异构体, 计算其电子吸收光谱, 为实验室合成分离提供理论依据.     

含铥金属富勒烯的生成及其特殊的溶解行为

金属富勒烯的合成及结构研究是当前富勒烯化学研究的重要内容[1]．一些稀土金属元素，如Sc[2]、Y[3]及大部分斓系元素（La、Ce、Nd、Sin、Eu、Gd、Tb、Ho）[4]形成的金属富勒烯已被合成出来．但仍有一些稀土富勒烯的合成尚未见报道，使人们难以对金属富勒烯的形成机制及物化性能作出全面的判断．本文采用原位活化、交换电极回放电弧放电及两步提取法首次得到含锡金属富勒烯．通过空白对比实验确定了Tin＠C。怕9生成．对甲苯及毗院提取液的质谱研究表明含镀金属富勒烯具有区别于其它金属富勒烯的特殊的溶解性能，显示出其可能具有独特的…     

Sc3C2@C80与[12]CPP纳米环之间非共价相互作用的理论研究

金属富勒烯嵌套于纳米环内形成主客体系, 二者产生的主客体作用可诱导内部金属团簇的取向, 影响分子的电子结构等性质. 本文基于密度泛函理论(DFT)计算, 对碳纳米环[12]CPP(CPP=环苯撑, 主体分子)与金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀(客体分子)形成的主客体配合物的结构和性质进行了研究. 计算结果表明, 在最稳定构型中, [12]CPP呈现椭圆形, Sc₃C₂@C₈₀与[12]CPP的质心不再重合. Sc₃C₂@C₈₀在[12]CPP内旋转对构型总体能量影响仅为13.51 kJ/mol. [12]CPP向Sc₃C₂@C₈₀转移了0.03 e, 主客体分子之间存在弱相互作用. 对二者相互作用的分析结果表明, 色散作用在弱相互作用中占主导地位.     

内嵌富勒烯的研究进展

内嵌富勒烯由于其结构新颖以及独特而优异的性质在国际上引起持续而广泛的关注,成为近年来的研究热点之一.目前已经研究发现的内嵌富勒烯多达近百种,从惰性气体到碱土金属再到稀土元素都已被成功地嵌入到不同尺寸的碳笼中.其中金属离子或含金属的离子簇内嵌入富勒烯碳笼形成的内嵌金属富勒烯,以其种类丰富、结构多样成为内嵌富勒烯的主要研究对象.本文就近年来研究报道的种类繁多的内嵌富勒烯按其内嵌物类型进行归纳阐述,为今后开发更多新型的内嵌富勒烯提供一定的参考.     

三元金属二硫化物纳米管的制备

1992年和 1 993年 ,Tenne等[1,2 ] 先后报道了具有类富勒烯和纳米管状结构的 WS2 和无机类富勒烯 Mo S2 .此后 ,无机类富勒烯化合物的制备与合成成为国内外学者的关注热点之一 .但采用化学方法制备纳米金属二硫化物时 ,多面体或洋葱状结构的 Mo S2 或 WS2 晶体的形成概率小 (这与碳的情况相似 ,也许通过扩展反应区内的温度梯度可以增加形成上述两种结构的可能性 [3] ) .另外 ,采用气固相反应制备洋葱状 WS2 的过程中 ,当每批次的量超过 1 5g时 ,无机类富勒烯 (IF)纳米颗粒的质量降低 ;同时 ,若滤筛中粉末厚度过大 ,相当大的凝聚团块开…     

光驱动的金属富勒烯分子磁开关※

由于碳笼的保护, 从外部操控内嵌富勒烯笼内分子的特性一直是一个挑战. 通过在顺磁性金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀碳笼外修饰具有光活性的偶氮苯-氮氧自由基, 成功设计出基于金属富勒烯-氮氧自由基的分子开关, 实现了原位可逆地光驱动远程控制金属富勒烯的顺磁特性. 在不同光照条件下, 利用偶氮苯的光异构化特性改变双自旋中心的相对位置, 调整自旋-自旋、自旋-晶格相互作用, 进而影响金属富勒烯的电子顺磁特性. 研究发现, 紫外光照下, 氮氧自由基使金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号逐渐减弱, 可见光照下Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号又增强, 由此实现了氮氧自由基作为顺磁开关的功能.     

富勒烯C72分子静电势以及Sc2@C72的理论研究

已制备出来的富勒烯都遵循分离五元环规则(IPR)。C72虽然满足五元环分离规则具有D6d对称结构,然而迄今为止还没有实现其宏观量的合成,人们称之为“遗失的碳笼”。但人们合成出了内掺金属M@C72(M=Ca,La等),证实了C72的存在[1-4]。最近用两步高性能液体色谱方法又成功地分离出La2     

抗烧结Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂的制备和表征及其甲烷部分氧化制合成气性能

以乙酰丙酮铑(Rh(acac)_3)和乙酰丙酮钐(Sm(acac)_3)为前驱体,用浸渍法制备了Rh/SiO_2和Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。采用原位红外光谱、热重分析、低温N_2吸附、X射线粉末衍射、高分辨透射电子显微镜、H_2-程序升温还原和X射线光电子能谱等实验技术对催化剂的制备过程,比表面积和物相以及Rh与Sm_2O_3间的相互作用进行了表征,并以甲烷部分氧化制合成气为目标反应对催化剂的稳定性进行了考察。研究表明:以Rh(acac)_3和Sm(acac)_3为前驱体采用简单的浸渍法即可制备出Rh平均粒径为2.3 nm且具有良好抗烧结性能的Rh-Sm_2O_3/SiO_2催化剂。在浸渍过程中乙酰丙酮化合物通过与SiO_2表面羟基形成氢键而负载于载体表面。Sm(acac)_3在SiO_2表面的单层负载量(质量分数)约为31%,对应于Sm_2O_3的质量分数约为15%,只要Sm(acac)_3的质量分数低于这一阈值,均可保证分解后生成的Sm_2O_3以高分散形式负载于SiO_2上,且不会因高温(800°C)焙烧而团聚。高分散于SiO_2表面的Sm_2O_3与Rh之间存在强的相互作用,可显著提高Rh的分散度,防止其在高温反应条件下烧结,进而使低Rh负载量的催化剂表现出良好的甲烷部分氧化制合成气反应活性和稳定性。     

The Synthesis and Structure of Tris-nitrato-Aqua-(2,6-Diacetyl-Pyridine) Bis (semicarbazone)lanthanum(III)

The complex of (La(DAPSC)(NO3)3 H2O) · H2O was prepared. Its crystal data are: triclinic, space group P- , a =8.736(1), b = 12.108(3), c =12.412(3)(A) , α=110.35(2)°, β =94.88(1)°, γ = 95.35(2)°, v =1215.78(A)3 , Z =2.It was found that two arms of the ligand DAPSC can be opened to accept the La(Ⅲ). This is obviously different from the complex of Sm(Ⅲ) with DAPSC. DAPSC can be expanded easily, but it is hard to be compressed.     

Methyl methacrylate polymerization at samarium(II)-grafted MCM-41

Sm(II)-modified periodic mesoporous silica (PMS), Sm[N(SiHMe₂)₂]₂(THF)_x@MCM-41, was used for the synthesis of Sm(II) alkyl, alkoxide, and indenyl surface species via secondary ligand exchange. The performance of the novel Sm(II)-based organometallic–inorganic hybrid materials as initiators for the graft polymerization of methyl methacrylate (MMA) is reported. All of the Sm(II) hybrid materials including the new PMMA–PMS composites were characterized via N₂ physisorption, elemental analysis, FTIR spectroscopy, and scanning electron microscopy (SEM). The organic–inorganic composites revealed complete pore blockage as well as enrichment and strong adhesion of the polymer at the exterior of the porous silica material.     

双功能离子液体[A336][P507]在盐酸和硝酸介质中对Sc(Ⅲ)的萃取

利用双功能离子液体萃取剂三辛基甲基氯化铵2-乙基己基磷酸2-乙基己基酯盐([A336][P507])在HCl和HNO₃介质中对Sc(Ⅲ)的萃取和分离。 研究表明,萃取剂在低酸度条件下,对Sc(Ⅲ)有较好的萃取能力;但是当水相酸度从0.5 mol/L增加到4 mol/L,Sc(Ⅲ)的萃取率有较大程度的下降。 并且讨论了在HCl介质和HNO₃介质中,[A336][P507]萃取Sc(Ⅲ)的机理,由于Sc(Ⅲ)的半径最小,而且在萃取过程中存在P=O与P-O的竞争作用,使得其萃合物结构与轻稀土不同。 水相中加入盐析剂NaCl或NaNO₃对Sc(Ⅲ)的萃取有一定的促进作用;萃取过程的热力学参数的结果表明,萃取反应是放热反应。 还研究了混合稀土中Sc(Ⅲ)和其它稀土离子的分离,在较低酸度的条件下萃取剂[A336][P507]对其它稀土离子的萃取可以忽略不计,因此该萃取体系对Sc(Ⅲ)和其它稀土离子有较好的分离效果,显示了本研究潜在的应用价值。     

在LiCl-KCl-ZnCl_2熔盐体系中电化学共还原提取钕

针对镧系元素钕,本文通过循环伏安、开路计时电位、方波伏安等方法研究了773 K时Nd(III)在钼电极上在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中的电化学行为及Zn-Nd合金的形成过程.结果表明:在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐中,Nd(III)在预先沉积的Zn阴极上欠电位沉积形成三种Zn-Nd金属间化合物.基于电化学行为研究,采用恒电位电解提取Nd并用方波伏安曲线测量来检测Nd(III)离子浓度的变化,然后通过电解前后Nd(III)离子浓度变化评估了Nd的电解提取效率.实验结果表明:-1.84 V恒电位电解进行50 h后,Nd(III)离子浓度接近于零,提取效率为99.67%.在973 K时通过恒电流电解提取Nd并获得了Zn-Nd合金,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)附带能量散射谱(EDS)对合金的相组成和微观形貌进行了分析.XRD分析表明在Zn-Nd合金中存在Nd2Zn17,LiZn和Zn相,EDS能谱分析表明Nd在合金中的原子分数高达14.99%.     

稀土金属硼氢化物的研究(Ⅰ)——十二氢十二硼酸苯酰肼合稀土金属(Ⅲ)螯合物的合成和性质

本文合成了一系列十二氢十二硼酸苯酰肼合稀土金属(Ⅲ)螯合物,对它们进行了元素分析、红外光谱测定和摩尔电导率的测量,确定化合物的分子式为[Ln(BH)₄]₂(B₁₂H₁₂)₃(BH=苯酰肼),通过DTA法测定了化合物的热稳定性。     

稀土吲哚-3-乙酸和吲哚-3-丁酸配合物的合成、表征及成键特性研究

在乙醇水溶液体系中合成了8种新的稀土吲哚-3-乙酸和吲哚-3-丁酸配合物,其通式为Ln(lA)₃·2H₂O和Ln(IB)₃·2H₂O(Ln=La,Nd,Sm,Er;IA=C₁₀H₈NO₂;IB=C₁₂H₁₂NO₂)。用元素分析、电导测定、电子吸收光谱、红外光谱、X光电子能谱和热重-差热分析确定了配合物的组成和成键特性。     

2-乙基己基膦酸单(2-乙基己基)酯(HEH[EHP])萃取稀土元素机理的研究Ⅰ.稀土元素(Ⅲ)在HNO3-H2O-HEH[EHP]体系中的分配及温度和溶剂效应

本文研究了HEH[EHP]的正己烷溶液在不同浓度(0—11M)的硝酸介质中萃取稀土元素(Ⅲ)的平衡规律。借助IR、NMR测定和斜率法研究了不同硝酸浓度下的萃取平衡反应,计算了不同萃取机理的浓度平衡常数。研究了温度和溶剂对萃取平衡的影响,测定了不同硝酸浓度和温度下各相邻元素对的分离因数,计算了萃取平衡反应的焓变值△H、相对自由能变化值△Z_z以及相对熵变值△S_z,并考察了这些热力学函数随原子序数的递变规律。     

镧系与直链醚-2,4-二羟基苯甲醛席夫碱新配合物的合成及波谱研究

Vogtle等发现,直链醚除具有类似冠醚配位各种金属离子的能力外,还弥补了冠醚的不足之处,如易合成、产率高、价廉等.我们曾报道过有关EPR工作.本文合成了2,4-二羟基苯甲醛缩二甘醇二胺(DHYDA)与镧系的新配合物.     

PMBP及PMTFP对钪(Ⅲ)的萃取平衡研究

1-苯基-3-甲基-4-苯甲酸基吡唑啉酮-5(PMBP)的研究和应用较为广泛^[1],而1-苯基-3-甲基-4-甲酰基吡唑啉酮-5(PMFP)及1-苯基-3-甲基-4-三氟乙酰基吡唑啉酮-5(PMTFP)的研究还很少,尤其对三价钪络合物的研究则未见报导.