日前，西安交通大學(xué)化學(xué)物理研究所博士生楊濤、王巍巍、黨靜霜等同學(xué)在趙翔教授指導(dǎo)下，運(yùn)用物理第一原理的方法系統(tǒng)深入地研究了多種功能碳納米材料富勒烯體系的幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的物理與化學(xué)性質(zhì)，取得了一系列重要的科學(xué)研究成果。


　　楊濤通過系統(tǒng)研究雙稀土金屬的富勒烯包合物L(fēng)u2@C76-Td電子結(jié)構(gòu)、前線分子軌道、統(tǒng)計熱力學(xué)分布等性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了在碳籠內(nèi)部的兩個金屬原子之間存在著極強(qiáng)的化學(xué)鍵合作用，并構(gòu)成了一個新奇的金屬-金屬共價鍵。更為有趣的是，此金屬鍵在常溫下可以在其六個平衡構(gòu)型之間進(jìn)行快速跳動從而形成一個正四面體運(yùn)動軌跡。這使得整個分子表現(xiàn)成一個具有正四面體Td對稱性的碳籠中嵌套著一個小的正四面體。由于其金屬原子表現(xiàn)出特殊運(yùn)動形態(tài)，這類稀土金屬富勒烯包合物有望成為并被廣泛地應(yīng)用為新型的功能分子器件。目前，完成的論文”Can a Metal-Metal Bond Hop in the Fullerene Cage?”已在國際化學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威期刊《Chemistry - A European Journal》“歐洲化學(xué)”（2010年影響因子5.477）上在線發(fā)表。這是西安交通大學(xué)首次以第一作者單位在這樣的國際一流化學(xué)期刊上發(fā)表文章。

　　此外，楊濤同學(xué)系統(tǒng)地研究了單金屬富勒烯包合物Yb@C76，揭示了先前在實驗上所合成的兩個異構(gòu)體是兩個新穎的具有鄰接五元環(huán)對的富勒烯包合物結(jié)構(gòu)。兩個富勒烯包合物的碳籠結(jié)構(gòu)之間可以通過一次簡單的幾何變換相聯(lián)系起來。統(tǒng)計熱力學(xué)分析研究表明兩個結(jié)構(gòu)都具有很高的熱力學(xué)穩(wěn)定性。雖然兩個結(jié)構(gòu)具有極大的幾何相似性，但精確的理論計算表明二者的電子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)具有顯著的差別。此研究成果為今后進(jìn)一步深入研究碳籠結(jié)構(gòu)對富勒烯包合物的電子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的影響奠定了基礎(chǔ)。目前在此研究成果基礎(chǔ)上完成的論文”Non-IPR endohedral fullerene Yb@C76: density functional theory characterization”已在英國皇家化學(xué)會專業(yè)期刊《Journal of Materials Chemistry》（工程技術(shù)一區(qū)雜志，2010年影響因子5.099）（http://pubs.rsc.org/en/journals/journalissues/jm）上在線發(fā)表。

　　另外，博士研究生王巍巍和黨靜霜兩位同學(xué)在趙翔教授指導(dǎo)下完成的研究論文《Role of Four-membered Rings in C32 Fullerene Stability and Mechanisms of Generalized Stone-Wales Transformation: A Density Functional Theory Investigation》近日在英國皇家化學(xué)會專業(yè)雜志《Phys. Chem. Chem. Phys.》“物理化學(xué)-化學(xué)物理”（化學(xué)二區(qū)雜志，2010年影響因子3.453）上在線發(fā)表，該項研究針對含有四元環(huán)的小富勒烯及其廣義Stone-Wales轉(zhuǎn)移機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)完整的密度泛函理論計算，在世界上首次揭示了這種奇異的功能小富勒烯碳納米材料的特殊穩(wěn)定性質(zhì)以及富勒烯生長過程中的反應(yīng)路徑以及相互作用機(jī)制，這項研究為在實驗上進(jìn)一步合成分離小富勒烯分子提供了重要的理論依據(jù)和支撐。

　　上述研究成果均得到了國家自然科學(xué)基金和國家科技支撐計劃項目的支持。