【材料】Angew. Chem.：球芳香性全金属团簇[Sb@In8Sb12]3-

化学键是研究物质结构和材料性能的核心基础，对于探索材料结构与性能关系的科学规律具有至关重要的研究价值。金属键是化学键中的一种，广泛存在于宏观尺度上的金属与合金化合物中。无配体保护的全金属团簇由于最大限度保留了金属键的自然作用模式，无需考虑一般金属团簇中有机配体对团簇内核金属键作用的影响，因而是分子尺度上研究金属键作用的一种理想模型。但全金属团簇非常不稳定，合成条件苛刻。而芳香性可以降低团簇体系的能量，能够使化合物具有特殊稳定性，因此很多全金属团簇其实都具有一定程度的芳香性，从而保持化学稳定性。如何在凝聚态中实现具有特定结构类型的全金属团簇的精准合成、探索全金属团簇中金属原子之间的成键特性和规律是合成化学中所面临的关键科学问题。

南开大学材料学院稀土中心孙忠明教授课题组多年来以全金属团簇为研究手段，紧密围绕“团簇的精准合成”和“金属芳香性在团簇中的稳定机制”等科学问题开展研究工作，将高温无机固体化学和金属有机化学等方法相结合，致力于合成新颖结构的全金属团簇，解决团簇在苛刻条件下的合成难题，达到为丰富化学键基础理论提供实验支撑、拓展化学、材料等研究视野这一科学目标。近日，该课题组成功制备了一例具有T_h对称的全金属团簇[Sb@In₈Sb₁₂]^3-。该团簇结构是单个Sb原子内嵌在一个五角十二面体的In₈Sb₁₂笼中，八个对称In位点向内凹陷直接与Sb成键，是固相中首例具有T_h对称性的全金属团簇。单晶结构辅以理论计算表明，高度对称的[Sb@In₈Sb₁₂]^3-簇与其两电子还原物[Sb@In₈Sb₁₂]^5-以1:1比例共存，后者两个毗邻的In位点往外突出到与三个Sb共平面位置，同时也使得团簇整体以“[Sb@In₈Sb₁₂]^4-”平均形式出现。AdNDP成键分析表明Sb@In₈立方笼内存在着4个9c-2e的全离域键，8个离域电子满足2(N+1)²的球芳香性判据，体系中球芳香性对稳定团簇起着关键作用。

全金属团簇因其新颖的结构呈现出多姿多彩的物理和化学特性，在半导体材料、储氢材料、催化材料等方面的潜在应用值得进一步去探索。以上相关结果发表Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是刘超博士（现为中南大学化学化工学院特聘副教授）。

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Structure and Bonding in [Sb@In₈Sb₁₂]^3- and [Sb@In₈Sb₁₂]^5-

Chao Liu, Nikolay V. Tkachenko, Ivan A. Popov, Nikita Fedik, Xue Min, Cong-Qiao Xu, Jun Li, John E. McGrady, Alexander I. Boldyrev, Zhong-Ming Sun

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201904109

导师介绍

孙忠明

https://www.x-mol.com/university/faculty/63445

课题组网站

http://zhongmingsun.weebly.com/ 

（本稿件来自Wiley）

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