碳材料具有丰富的性质和广泛的应用,其中纳米碳材料(如富勒烯、碳纳米管、石墨烯、石墨炔、纳米金刚石等)因为具有诸多优异的物理和化学特性,是当前的国际科学前沿,并借助学科交叉催生了大量的创新应用。富勒管可被看作由碳纳米管片段和富勒烯端帽组成的管状分子,其内部空腔还可容纳金属离子形成内嵌金属富勒管。由于具有碳纳米管片段和管状结构,富勒管材料有望在单分子电学器件领域获得重要应用。相比于其它电学性质突出的纳米碳材料,富勒管具有明确且无缺陷的分子结构,良好的溶解性以及制备过程可重复等优势。然而富勒管的产率偏低,并且在制备过程中通常与其它富勒烯分子混杂在一起,导致其合成及分离难度较大,阻碍了对其电学等性质的深入研究。
王春儒和王太山研究团队多年来一直致力于金属富勒烯材料的合成与性质研究,最近他们成功合成分离得到了高纯度的铈基内嵌金属富勒管Ce2@C100,并将Ce2@C100与具有纳米环结构的环苯撑分子[12]CPP通过主客体相互作用形成超分子复合物,实验结果表明形成的超分子非常稳定,可利用液相色谱进行分离。理论计算结果进一步揭示了该超分子的独特结构,并对其电化学性质、磁学性质、单分子电导性质及超分子组装行为做了系统的研究。
该工作在实验上表征了金属富勒管优异的单分子电导性质,基于金属富勒管与碳纳米环构筑了稳定的超分子复合物,阐明了金属富勒管的管状结构与性质之间的密切关系。这些研究表明该类纳米碳材料极具应用潜力。
研究工作发表在最新一期Angewandte Chemie International Edition上(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/anie.202116854 )。