Зниклі металлофуллерены

Сімейство фулеренів C72 в літературі часто називають зниклими фуллеренами (missing fullerenes) з-за того, що, на відміну від своїх найближчих сусідів, вищих фулеренів (наприклад, C60 або C96) не існує налагодженої технології їх отримання. Проте часткове допування різними атомами або функціональними групами може, в принципі, виправити сформовану ситуацію і допомогти провести успішний синтез. Так, наприклад, раніше ми вже повідомляли, що декільком незалежним дослідницьким групам вдалося виділити хлорфуллерен C72Cl4 [1].

При цьому синтезоване похідне було некласичним і не підкорялося правилу ізольованих п’ятикутників (isolated pentagon rule – IPR), тобто отриманий ізомер містив на своїй поверхні суміжні пятиугольники. Для сімейства фулеренів C72 взагалі характерно відхилення від IPR (це було передбачене теоретично), іншими словами, не-IPR ізомер виявляється більш стабільним, ніж фулерен, підкоряється правилу ізольованих п’ятикутників. За аналогією з зовнішнім допированием, стабілізуючим фуллереновую клітку, можуть використовуватися і методи впровадження атомів, тобто створення эндоэдральных комплексів. Так, наприклад, металлофуллерены Yb@C72 вже успішно отримані [2], але геометрія каркаса і положення атома металу всередині фулерену до цього часу визначені не були. Автори роботи [3] встановили, що металлофуллерены Yb@C72 також не підкоряються правилу ізольованих пентагонов, що відповідає сформованому для C72 загальному тренду. За допомогою комп’ютерного моделювання в рамках теорії функціонала щільності дослідники проаналізували більше чотирьох десятків ізомерів Yb@C72 і прийшли до висновку, що два ізомеру, що лежать по енергії нижче інших: Yb@C2ν(11188)-C72 і Yb@C2(10612)-C72, містять на своїй поверхні сусідять п’ятичленні вуглецеві кільця (див. рис.).

Оптимізовані молекулярні структури фулеренів
Yb@C2ν(11188)-C72 (ліворуч) і Yb@C2(10612)-C72 (праворуч).

 

Детальні розрахунки дозволили авторам отримати їх геометричні, енергетичні та електронні характеристики. Крім того, дослідники встановили, що Yb@C2ν(11188)-C72 і Yb@C2(10612)-C72 володіють високою термодинамічною стійкістю в широкому температурному діапазоні і, швидше за все, саме їх спостерігали в експерименті. У цьому випадку, залишилося лише знайти спосіб видалення атома Yb з фуллеренової клітини і можна буде “потримати в руках” чистий не-IPR C72.

 

1. ПерсТ 17, вип. 23, с. 8 (2010).

2. K. Bucher et al., Phys. status solidi (b) 243, 3025 (2006).

3. T. Yang, Zhao X., Chem. Phys. 423, 173 (2013).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *