锕系金属(铀和锔)内嵌硼球烯的理论研究

摘要

最近发现的全硼富勒烯(硼球烯,D_(2d) B^(-/0)_(40)),开启了硼球烯化学研究的新篇章。类似于富勒烯,金属掺杂也是硼球烯修饰和功能化重要途径。本工作采用密度泛函理论预测了一系列锕系金属掺杂硼球烯[An@B_(39)]^(n+)(An=U,n=3;An=Cm,n=2)。理论计算表明,这些硼球烯均为稳定的金属内嵌硼球烯,其中[U@B_(39)]^(3+)的能量最低,结构具有C_(3)对称性,而[Cm@B_(39)]^(2+)为C_(1)结构。成键性质分析表明,[U@B_(39)]^(3+)和[Cm@B_(39)]^(2+)均存在σ和π离域键。另外[An@B_(39)]^(n+)中U-B键的共价相互作用强于Cm-B键,且[U@B_(39)]^(3+)较[Cm@B_(39)]^(2+)更稳定。因此,An-B键的共价特征对于这些锕系金属内嵌硼球烯的形成是必不可少的。本工作扩展了硼球烯体系,并为新型稳定金属内嵌硼球烯的设计提供了理论线索。