碳笼中稳定的碳化锆簇

Zr基内嵌金属富勒烯首次成功合成并解析其结构特征与电子结构。通过优化合成策略利用锆碳化物为金属源，获得三种Zr基富勒烯：Zr2C2@D3h(5)-C78、Zr2C2@Ih(7)-C80和Zr3C2@Ih(7)-C80。单晶X射线分析显示Zr2C2为平面菱形结构，通过(C≡C)2?桥接；Zr3C2则呈现罕见的三角叶状结构，通过(C-C)??桥接。实验与理论计算表明其电子结构为(Zr2C2)?+@(C2n)??（2n=78,80）和(Zr3C2)?+@Ih(7)-C80??。该成果为富勒烯笼内新元素封装提供了新范式，并深化了对电弧反应机制的理解。

　　

基于锆的内嵌金属富勒烯（EMFs）最早于1992年在气相中被发现，但在过去三十年中，其批量合成一直未能实现。本文首次成功合成了基于锆的EMFs，解决了富勒烯化学领域这一长期存在的挑战。通过采用优化的合成策略，并以碳化锆作为金属源，我们获得了三种基于锆的碳化物簇富勒烯，分别为Zr₂C₂@D_{3h(5)-C78、Zr2C2@Ih(7)-C80和Zr3C2@Ih(7)-C80。单晶X射线衍射分析表明，Zr2C2簇采用平面菱形结构，由(C≡C)^2–单元连接；而Zr3C2簇则呈现出独特的三叶状几何结构，由(C–C)^6–单元连接。这些基于锆的簇中的配位方式与传统有机锆化合物中的配位方式不同，凸显了富勒烯笼内独特的配位环境。结合实验和理论研究，进一步揭示了这些基于锆的EMFs的电子结构，分别为(Zr2C2)⁶⁺@(C2n})^6–（2n = 78, 80）和(Zr₃C₂)⁶⁺@(I_{h(7)-C80)^6–。这一基于锆的EMFs合成领域的突破不仅为理解电弧放电反应机制及EMFs的形成提供了新的见解，还为将新元素封装到富勒烯笼中提供了重要指导，为设计和合成新型EMFs奠定了基础。}