中國科研團隊成功合成稀土三重鍵化合物

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6月24日電 稀土是重要戰略資源，其化學鍵性質直接影響稀土化合物的特性、功能和技術應用。近日，中國科研團隊成功實現了長期以來被視作“科研禁區”的稀土三重鍵化合物的製備，打破了對稀土元素成鍵能力的傳統認知，為稀土化學鍵理論的發展提供了新的實驗依據和理論支撐。相關研究成果已發表在《自然·化學》雜誌上。



CeCSc2@C80的X射線衍射晶體結構及內部團簇[CeCSc2]的空間結構。圖源：科技日報

據《科技日報》報道，稀土元素包括鈧、釔和15種鑭系元素，電子結構呈現出極為複雜、特殊且多樣的特點。在稀土化合物中，化學鍵主要以基於靜電作用的離子鍵形式存在，由於4f軌道的收縮效應和5d軌道的較高能量，稀土元素形成共價鍵，特別是雙重鍵和三重鍵的能力十分有限。也正因為這一特性，長久以來，製備出含雙重鍵的鑭系稀土化合物已是極為罕見，製備其三重鍵化合物更是被認為“不可能”。

該研究中，研究團隊創新性地利用富勒烯分子籠的空間限域和保護作用，採用改良電弧放電技術，成功製備出首個富勒烯內嵌的稀土元素鈰與碳形成的三重鍵化合物，實現了鈰碳三重鍵的穩定構築。

X射線單晶衍射分析顯示，該結構中鈰碳鍵鍵長與理論預測的三重鍵鍵長高度吻合。通過可見—近紅外吸收光譜、電子順磁共振光譜的聯合表徵和量子化學研究，團隊進一步確認了該化合物具有閉殼層的電子構型。紅外光譜中觀察到的鈰碳鍵特征振動峰與理論模擬結果一致，為稀土三重鍵的存在提供了直接證據。

深入的相對論量子化學計算分析也表明，這一體系中形成了鈰碳三重鍵，自然共振理論計算同樣證實了三重鍵結構的主導地位。研究表明，富勒烯分子籠通過電荷轉移、配位作用和空間保護的三重協同效應穩定了該三重鍵結構。

研究人員表示，該研究不僅為稀土化學鍵的研究開拓了新方向，更對稀土化合物和新材料的製備具有重要意義

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