内嵌金属富勒烯Sc2S@C86的结构和性质

刘学森 雷丹 甘利华

引用本文: 刘学森, 雷丹, 甘利华. 内嵌金属富勒烯Sc2S@C86的结构和性质[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 929-934. doi: 10.3866/PKU.WHXB201601221 shu
Citation:  LIU Xue-Sen, LEI Dan, GAN Li-Hua. Structures and Properties of Endohedral Metallofullerene Sc2S@C86[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(4): 929-934. doi: 10.3866/PKU.WHXB201601221 shu

内嵌金属富勒烯Sc2S@C86的结构和性质

    通讯作者: 甘利华
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51272216) (51272216)

    中央高校基金(XDJK2014B032)资助项目 (XDJK2014B032)

摘要: 金属硫化物富勒烯是一类结构新奇的化合物,阐释其结构和性质是当前的重要研究任务。本文采用密度泛函理论(DFT)方法,系统研究了质谱实验已经检测到的内嵌金属富勒烯Sc2S@C86的结构和性质。结果显示,能量最低的异构体是Sc2S@C86:63751(独立五元环规则(IPR)-9),该碳笼与已报道的Sc2C2@C86的碳笼一样;其次是non-IPR Sc2S@C86:63376。自然键轨道(NBO)和分子中原子理论(AIM)分析显示,内嵌团簇与碳笼间存在电荷转移相互作用和共价作用。温度效应计算显示,高温时Sc2S@C86是多个异构体共存的。为了对将来实验结构测定提供参考,本文提供了能量最低的两个异构体的红外光谱图。

English

    1. [1]

      (1) Popov, A. A.; Yang, S. Chem. Rev. 2013, 113, 5989. doi: 10.1021/cr300297r(1) Popov, A. A.; Yang, S. Chem. Rev. 2013, 113, 5989. doi: 10.1021/cr300297r

    2. [2]

      (2) Chai, Y.; Guo, T.; Jin, C.; Haufler, R. E.; Chibante, L. P. F.; Fure, J.;Wang, L.; Alford, J. M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 7564.(2) Chai, Y.; Guo, T.; Jin, C.; Haufler, R. E.; Chibante, L. P. F.; Fure, J.;Wang, L.; Alford, J. M. J. Phys. Chem. 1991, 95, 7564.

    3. [3]

      (3) Akasaka, T.; Nagase, S. Endofullerenes: A New Family of Carbon Clusters; Kluwer Academic: Dordrecht, 2002; pp 1-11.(3) Akasaka, T.; Nagase, S. Endofullerenes: A New Family of Carbon Clusters; Kluwer Academic: Dordrecht, 2002; pp 1-11.

    4. [4]

      (4) Stevenson, S.; Fowler, P.W.; Heine, T.; Duchamp, J. C.; Rice, G.; Glass, T.; Harich, K.; Hajdu, E.; Bible, R.; Dorn, H. C. Nature 2000, 408, 427. doi: 10.1038/35044199(4) Stevenson, S.; Fowler, P.W.; Heine, T.; Duchamp, J. C.; Rice, G.; Glass, T.; Harich, K.; Hajdu, E.; Bible, R.; Dorn, H. C. Nature 2000, 408, 427. doi: 10.1038/35044199

    5. [5]

      (5) Wang, T. S.; Chen, N.; Xiang, J. F.; Li, B.;Wu, J. Y.; Xu, W.; Jiang, L.; Tan, K.; Shu, C. Y.;Wang, C. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16646. doi: 10.1021/ja9077842(5) Wang, T. S.; Chen, N.; Xiang, J. F.; Li, B.;Wu, J. Y.; Xu, W.; Jiang, L.; Tan, K.; Shu, C. Y.;Wang, C. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16646. doi: 10.1021/ja9077842

    6. [6]

      (6) Jiang, L.;Wang, T. S.; Shu, C. Y.;Wang, C. R. Sci. Sin. Chim. 2011, 41, 629. [蒋礼, 王太山, 舒春英, 王春儒. 中国科学, 2011, 41, 629.] doi: 10.1360/032010-950(6) Jiang, L.;Wang, T. S.; Shu, C. Y.;Wang, C. R. Sci. Sin. Chim. 2011, 41, 629. [蒋礼, 王太山, 舒春英, 王春儒. 中国科学, 2011, 41, 629.] doi: 10.1360/032010-950

    7. [7]

      (7) Nishibori, E.; Takata, M.; Sakata, M.; Taninaka, A.; Shinohara, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2001, 40, 2998. doi: 10.1002/1521-3773(7) Nishibori, E.; Takata, M.; Sakata, M.; Taninaka, A.; Shinohara, H. Angew. Chem. Int. Edit. 2001, 40, 2998. doi: 10.1002/1521-3773

    8. [8]

      (8) Shinohara, H. Rep. Prog. Phys. 2000, 63, 843. doi: 10.1088/0034-4885/63/6/201(8) Shinohara, H. Rep. Prog. Phys. 2000, 63, 843. doi: 10.1088/0034-4885/63/6/201

    9. [9]

      (9) Dunsch, L.; Yang, S. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 3067. doi: 10.1039/b704143h(9) Dunsch, L.; Yang, S. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 3067. doi: 10.1039/b704143h

    10. [10]

      (10) Campanera, J. M.; Bo, C.; Poblet, J. M. Angew. Chem. Int. Edit. 2005, 44, 7230. doi: 10.1002/anie.200501791(10) Campanera, J. M.; Bo, C.; Poblet, J. M. Angew. Chem. Int. Edit. 2005, 44, 7230. doi: 10.1002/anie.200501791

    11. [11]

      (11) Krause, M.; Hulman, M.; Kuzmany, H.; Dubay, O.; Kresse, G.; Vietze, K.; Seifert, G.;Wang, C.; Shinohara, H. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 137403. doi: 10.1103/PhysRevLett.93.137403(11) Krause, M.; Hulman, M.; Kuzmany, H.; Dubay, O.; Kresse, G.; Vietze, K.; Seifert, G.;Wang, C.; Shinohara, H. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 137403. doi: 10.1103/PhysRevLett.93.137403

    12. [12]

      (12) Lezzi, E. B.; Duchamp, J. C.; Fletcher, K. R.; Glass, T. E.; Dorn, H. C. Nano Lett. 2002, 2, 1187. doi: 10.1021/nl025643m(12) Lezzi, E. B.; Duchamp, J. C.; Fletcher, K. R.; Glass, T. E.; Dorn, H. C. Nano Lett. 2002, 2, 1187. doi: 10.1021/nl025643m

    13. [13]

      (13) Inakuma, M.; Kato, H.; Taninaka, A.; Shinohara, H.; Enoki, T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6965. doi: 10.1021/jp0275600(13) Inakuma, M.; Kato, H.; Taninaka, A.; Shinohara, H.; Enoki, T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6965. doi: 10.1021/jp0275600

    14. [14]

      (14) Fatouros, P. P.; Shultz, M. D. Nanomedicine 2013, 8, 1853. doi: 10.2217/nnm.13.160(14) Fatouros, P. P.; Shultz, M. D. Nanomedicine 2013, 8, 1853. doi: 10.2217/nnm.13.160

    15. [15]

      (15) Zhang, J.; Liu, K.; Xing, G.; Ren, T.;Wang, S. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2007, 272, 605. doi: 10.1007/s10967-007-0632-0(15) Zhang, J.; Liu, K.; Xing, G.; Ren, T.;Wang, S. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2007, 272, 605. doi: 10.1007/s10967-007-0632-0

    16. [16]

      (16) Lu, X.; Feng, L.; Akasaka, T. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7723. doi: 10.1039/c2cs35214a(16) Lu, X.; Feng, L.; Akasaka, T. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 7723. doi: 10.1039/c2cs35214a

    17. [17]

      (17) Dunsch, L.; Yang, S. F.; Zhang, L.; Svitova, A.; Oswald, S.; Popov, A. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5413. doi: 10.1021/ja909580j(17) Dunsch, L.; Yang, S. F.; Zhang, L.; Svitova, A.; Oswald, S.; Popov, A. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5413. doi: 10.1021/ja909580j

    18. [18]

      (18) Chen, N.; Chaur, M. N.; Moore, C.; Pinzón, J. R.; Valencia, R.; Rodríguez-Fortea, A.; Poblet, J. M.; Echegoyen, L. Chem. Commun. 2010, 46, 4818. doi: 10.1039/c0cc00835d(18) Chen, N.; Chaur, M. N.; Moore, C.; Pinzón, J. R.; Valencia, R.; Rodríguez-Fortea, A.; Poblet, J. M.; Echegoyen, L. Chem. Commun. 2010, 46, 4818. doi: 10.1039/c0cc00835d

    19. [19]

      (19) Kroto, H.W. Nature 1987, 329, 529. doi: 10.1038/329529a0(19) Kroto, H.W. Nature 1987, 329, 529. doi: 10.1038/329529a0

    20. [20]

      (20) Campbell, E. E. B.; Fowler, P.W.; Mitchell, D.; Zerbetto, F. Chem. Phys. Lett. 1996, 250, 544. doi: 10.1016/0009-2614(96)00055-3(20) Campbell, E. E. B.; Fowler, P.W.; Mitchell, D.; Zerbetto, F. Chem. Phys. Lett. 1996, 250, 544. doi: 10.1016/0009-2614(96)00055-3

    21. [21]

      (21) Albertazzi, E.; Domene, C.; Fowler, P.W.; Heine, T.; Seifert, G.; Alsenoy, C. V.; Zerbetto, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 2913. doi: 10.1039/a901600g(21) Albertazzi, E.; Domene, C.; Fowler, P.W.; Heine, T.; Seifert, G.; Alsenoy, C. V.; Zerbetto, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 2913. doi: 10.1039/a901600g

    22. [22]

      (22) Chen, N.; Beavers, C. M.; Mulet-Gas, M.; Rodríguez-Fortea, A.; Munoz, E. J.; Li, Y. Y.; Olmstead, M. M.; Balch, A. L.; Poblet, J. M.; Echegoyen, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7851. doi: 10.1021/ja300765z(22) Chen, N.; Beavers, C. M.; Mulet-Gas, M.; Rodríguez-Fortea, A.; Munoz, E. J.; Li, Y. Y.; Olmstead, M. M.; Balch, A. L.; Poblet, J. M.; Echegoyen, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7851. doi: 10.1021/ja300765z

    23. [23]

      (23) Xie, S. Y.; Gao, F.; Lu, X.; Huang, R. B.;Wang, C. R.; Zhang, X.; Liu, M. L.; Deng, S. L.; Zheng, L. S. Science 2004, 304, 699. doi: 10.1126/science.1095567(23) Xie, S. Y.; Gao, F.; Lu, X.; Huang, R. B.;Wang, C. R.; Zhang, X.; Liu, M. L.; Deng, S. L.; Zheng, L. S. Science 2004, 304, 699. doi: 10.1126/science.1095567

    24. [24]

      (24) Yang, S. F.; Popov, A. A.; Dunsch, L. Angew. Chem. Int. Edit. 2007, 46, 1256. doi: 10.1002/anie.200603281(24) Yang, S. F.; Popov, A. A.; Dunsch, L. Angew. Chem. Int. Edit. 2007, 46, 1256. doi: 10.1002/anie.200603281

    25. [25]

      (25) Kobayashi, K.; Nagase, S. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12693. doi: 10.1021/ja9733088(25) Kobayashi, K.; Nagase, S. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12693. doi: 10.1021/ja9733088

    26. [26]

      (26) Wang, C. R.; Kai, T.; Tomiyama, T.; Yoshida, T.; Kobayashi, Y.; Nishibori, E.; Takata, M.; Sakata, M.; Shinohara, H. Nature 2000, 408, 426. doi: 10.1038/35044195(26) Wang, C. R.; Kai, T.; Tomiyama, T.; Yoshida, T.; Kobayashi, Y.; Nishibori, E.; Takata, M.; Sakata, M.; Shinohara, H. Nature 2000, 408, 426. doi: 10.1038/35044195

    27. [27]

      (27) Kato, H.; Taninaka, A.; Sugal, T.; Shinohara, H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7782. doi: 10.1021/ja0353255(27) Kato, H.; Taninaka, A.; Sugal, T.; Shinohara, H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7782. doi: 10.1021/ja0353255

    28. [28]

      (28) Brinkmann, G.; Friedrichs, O. D.; Lisken, S.; Peeters, A.; Cleemput, N. V. Match Commun. Math. Comput. Chem. 2010, 63, 533.(28) Brinkmann, G.; Friedrichs, O. D.; Lisken, S.; Peeters, A.; Cleemput, N. V. Match Commun. Math. Comput. Chem. 2010, 63, 533.

    29. [29]

      (29) Fowler, P.W.; Manolopoulos, D. E. An Atlas of Fullerenes; Oxford: UK, 1995; pp 23-41.(29) Fowler, P.W.; Manolopoulos, D. E. An Atlas of Fullerenes; Oxford: UK, 1995; pp 23-41.

    30. [30]

      (30) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09, Revision A.02; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2009.(30) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09, Revision A.02; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 2009.

    31. [31]

      (31) Chen, C. H.; Ghiassi, K. B.; Cerón, M. R.; Guerrero-Ayala, M. A.; Echegoyen, L.; Olmstead, M. M.; Balch, A. L. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10116. doi: 10.1021/jacs.5b06425(31) Chen, C. H.; Ghiassi, K. B.; Cerón, M. R.; Guerrero-Ayala, M. A.; Echegoyen, L.; Olmstead, M. M.; Balch, A. L. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10116. doi: 10.1021/jacs.5b06425

    32. [32]

      (32) Gan, L. H.; Chang, Q.; Zhao, C. Chem. Phys. Lett. 2013, 570, 121. doi: 10.1016/j.cplett.2013.03.067(32) Gan, L. H.; Chang, Q.; Zhao, C. Chem. Phys. Lett. 2013, 570, 121. doi: 10.1016/j.cplett.2013.03.067

    33. [33]

      (33) Slanina, Z.; Lee, S. L.; Uhlík, F.; Adamowicz, L.; Nagase, S. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 315. doi: 10.1007/s00214-006-0150-0(33) Slanina, Z.; Lee, S. L.; Uhlík, F.; Adamowicz, L.; Nagase, S. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 315. doi: 10.1007/s00214-006-0150-0

    34. [34]

      (34) Zhao, X.; Gao, W. Y.; Yang, T.; Zheng, J. J.; Li, L. S.; He, L.; Cao, R. J.; Nagase, S. Inorg. Chem. 2012, 51, 2039. doi: 10.1021/ic201585j(34) Zhao, X.; Gao, W. Y.; Yang, T.; Zheng, J. J.; Li, L. S.; He, L.; Cao, R. J.; Nagase, S. Inorg. Chem. 2012, 51, 2039. doi: 10.1021/ic201585j

    35. [35]

      (35) Guo, Y. J.; Yang, T.; Nagase, S.; Zhao, X. Inorg. Chem. 2014, 53, 2012. doi: 10.1021/ic4022933(35) Guo, Y. J.; Yang, T.; Nagase, S.; Zhao, X. Inorg. Chem. 2014, 53, 2012. doi: 10.1021/ic4022933

    36. [36]

      (36) Zhao, P.; Yang, T.; Guo, Y. J.; Dang, J. S.; Zhao, X.; Nagase, S. J. Comput. Chem. 2014, 35, 1657. doi: 10.1002/jcc.v35.22(36) Zhao, P.; Yang, T.; Guo, Y. J.; Dang, J. S.; Zhao, X.; Nagase, S. J. Comput. Chem. 2014, 35, 1657. doi: 10.1002/jcc.v35.22

    37. [37]

      (37) Lei, D.; Zhao, C.; Gan, L. H. Acta Chim. Sin. 2014, 72, 1105. [雷丹, 赵冲, 甘利华. 化学学报, 2014, 72, 1105.] doi: 10.6023/A14060448(37) Lei, D.; Zhao, C.; Gan, L. H. Acta Chim. Sin. 2014, 72, 1105. [雷丹, 赵冲, 甘利华. 化学学报, 2014, 72, 1105.] doi: 10.6023/A14060448

    38. [38]

      (38) Glendening, E. D.; Badenhoop, J. K.; Reed, A. E.; Carpenter, J. E.; Bohmann, J. A.; Morales, C. M.;Weinhold, F. NBO 5.0; Theoretical Chemistry Institute, University ofWisconsin: Madison, WI, 2001(38) Glendening, E. D.; Badenhoop, J. K.; Reed, A. E.; Carpenter, J. E.; Bohmann, J. A.; Morales, C. M.;Weinhold, F. NBO 5.0; Theoretical Chemistry Institute, University ofWisconsin: Madison, WI, 2001

    39. [39]

      (39) Weinhold, F.; Landis, C. R. Discovering Chemistry with Natural Bond Orbitals;Wiley:Wisconsin, 2012; pp 35-49.(39) Weinhold, F.; Landis, C. R. Discovering Chemistry with Natural Bond Orbitals;Wiley:Wisconsin, 2012; pp 35-49.

    40. [40]

      (40) Biegler-König, F.; Schönbohm, J.; Bader, R. F.W. AIM2000, Version 2.0. McMaster University, Hamilton, Canada, 2002.(40) Biegler-König, F.; Schönbohm, J.; Bader, R. F.W. AIM2000, Version 2.0. McMaster University, Hamilton, Canada, 2002.

    41. [41]

      (41) Bader, R. F.W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory; Clarendon Press: Oxford, 1990; pp 130-166.(41) Bader, R. F.W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory; Clarendon Press: Oxford, 1990; pp 130-166.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  591
  • HTML全文浏览量:  78
文章相关
  • 发布日期:  2016-01-22
  • 收稿日期:  2015-11-10
  • 网络出版日期:  2016-01-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章