Новости химической науки > Семья бакиболов пополняется волейболеном

Исследователи из Китая идентифицировали исключительно устойчивый кластер, обладающий формой волейбольного мяча; кластер получил название «волейболен» (volleyballene).

Похожая по форме на луковицу полая клетка кластера состоит из двадцати атомов скандия, расположенных в вершинах восьмиугольников, и шестидесяти атомов углерода, находящихся в вершинах пятиугольников.

Строение нанокластера Sc₂₀C₆₀ имеет определенное сходство с волейбольным мячом (справа). (Рисунок из Nanoscale, 2016, DOI: 10.1039/c5nr07784b)

Наноразмерные полые кластеры, содержащие и металл, и углерод, привлекают значительный интерес благодаря своим уникальным свойствам и представляют практический интерес с точки зрения применения в электронике и катализе. После синтеза бакминстерфуллерена C₆₀ исследователи получили (или теоретически предсказали возможность получения) большого количества каркасных структур, состоящих из атомов углерода и металла, но волейболен представляет собой первое соединение, содержащее атомы скандия.

Исследователи из группы Йина Лю (Ying Liu) из Университета Хебей изучили шесть молекулярных структур, содержащих различные комбинации пятиугольников из углерода и атомов скандия. Исследователи оптимизировали геометрии изучаемых структур и изучали их строение. Было обнаружено, что, несмотря на значительные искажения длин связей и валентных углов, структуры, для которых была достигнута минимизация энергии, отличались одной общей чертой – субъединицами этих структур являлись фрагменты Sc₈C₁₀. Наименьшей энергией отличается волейболен Sc₂₀C₆₀ , что делает его наиболее энергетически выгодным. Каждая из субъединиц представляет собой два пятиугольника из углерода, окруженных одним восьмиугольником из атомов скандия. Шесть субъединиц объединяются в объемную полую структуру, напоминающую волейбольный мяч.

Отличаясь относительно большим зазором между ВЗМО и НСМО (1.471 эВ), волейболен может представлять собой интересную и очень устойчивую разновидность полых каркасных металл-углеродных кластеров.

В перспективе китайские химики планируют не только синтезировать волейболен, существование которого предсказано теоретически, но и получить его производные, инкорпорирующие внутри полой углерод-скандиевой клетки другие атомы и, возможно, молекулы.

Источник: Nanoscale, 2016, DOI: 10.1039/c5nr07784b

метки статьи: #квантовая химия, #нанотехнологии, #неорганическая химия