近日，化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室科研人员合成了一个新型的类似俄罗斯套娃内嵌富勒烯Sc₄C₂@C₈₀（J. Am. Chem. Soc. 131, 16646, 2009），引起了国际科学界广泛关注，Nature Chemistry、Chemistry World、Chemical and Engineering News 等科学杂志纷纷以“内嵌富勒烯：笼中之笼”、“与俄罗斯套娃富勒烯共舞”和“金属富勒烯套娃”为题予以报道和介绍。

金属富勒烯是将金属原子嵌入富勒烯碳笼而形成的一类具有新奇结构以及特殊光电特性的分子。同一碳笼内可以嵌入各种形态的金属原子，例如单金属原子、同核或异核双金属团簇、金属碳化物团簇、金属氮化物团簇和金属氧化物团簇等。由于金属富勒烯同时具有金属富勒烯碳笼的特性，使得它们在电子、能源、生物医学等方面有着广阔的应用前景。因此，合成新结构、新性质的金属富勒烯分子具有重要意义。

在中国科学院、国家自然科学基金委和科技部的大力支持下，分子纳米结构与纳米技术院重点实验室的科研人员致力于新型内嵌金属富勒烯的合成与研究，继发现非常规富勒烯内包金属碳化物的内嵌富勒烯Sc₂C₂@C₆₈ (Angew. Chem. Int. ed. 45, 2107, 2006)、包含有4种不同元素的内嵌金属富勒烯ScYErN@C₈₀（J. Phys. Chem .110, 13322, 2006）等新结构金属富勒烯后，最近该实验室科研人员又合成了含有四个Sc原子的金属碳化物内嵌富勒烯Sc₄C₂@C₈₀ （J. Am. Chem. Soc. 131, 16646, 2009），这个分子具有类似俄罗斯套娃的新奇嵌套结构C₂@Sc₄@C₈₀，每一层的原子均可绕球心自由转动，由此保持整个分子高度完美的对称性。

研究结果表明，该分子的电子结构为（C₂）^6- @（Sc₄））¹²⁺ @C₈₀^6- ，另一方面，各球壳层间的电子转移使分子形成高度稳定的闭壳层结构，另一方面，分子内部结构呈正负相间的多层球面使其类似于一个分子电容器。这种结构金属富勒烯的发现不但丰富了金属富勒烯的种类，在结构化学方面具有重要意义，同时该分子本身在单分子器件、纳米器件以及高温超导等方面具有潜在的应用。

分子纳米结构与纳米技术院重点实验室

2009年12月18日