巨型高度对称空心开口十二面体笼状团簇——Ln₂₁₀Al₁₄₀

自1985年成功地制备出分子可能拥有最高对称性的二十面体C60分子以来，高对称性金属团簇的合成一直引起人们的极大激情。这种热情不仅源于高对称性金属团簇可以将多面体数学几何与分子美学和超分子化学和谐地融合在一起，也源于它们独特的协调模式和迷人的物理特性。虽然一些高度对称的金属团簇，如柏拉图和阿基米德固体，包括开普勒和戈德堡团簇，已经被成功合成，高对称性的空心开口多面体笼状结构的制备一直是一个巨大挑战性的课题。而具有高度对称的开放空心笼结构的高核度Ln-Al簇迄今为止尚未有文献记载。

近日，厦门大学龙腊生教授（点击查看介绍）研究团队成功合成出两例高达350核数的巨型空心开口十二面体的笼状团簇-{Ln₂₁₀Al₁₄₀} (Ln =Dy 和Y)，由20个{Ln₃Al₇}三棱锥单元作为顶点和30个{Ln₅}四方锥单元作为棱长构成。团簇的最大外径约5.0纳米，内腔直径约2.8纳米，窗口直径约0.66纳米，内腔体积高达15,000立方埃，是迄今为止报道的最高核数和对称性的空心开口十二面体笼状团簇。该团簇具有Keplerate型的四壳层嵌套结构Al₁₂₀@Ln₁₈₀@Al₂₀@Ln₃₀，从内到外分别呈现出大斜方截半二十面体@十二面体@十二面体@三十二面体的几何排列。值得一提的是，团簇最内层Al₁₂₀是由120个顶点、180条边、30个四边形、20个六边形和12个十边形构成的大斜方截半二十面体（阿基米德多面体之一），这是自1619年德国数学家Johannes Kepler对阿基米德多面体进行分类以来，首例人工合成的具有大斜方截半二十面体特征的阿基米德多面体，体现了多面体数学几何与分子美学和超分子化学的完美融合。有意思的是：这些高度对称的开放空心笼状团簇不仅在水溶液中可以稳定存在，并对碘分子呈现出良好的吸附能力。

这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上。该研究工作在论文通讯作者、厦门大学化学化工学院龙腊生教授的指导下完成，实验合成和表征工作由厦门大学化学化工学院博士后陈曼婷（第一作者）完成。这一研究工作主要得到国家自然科学基金（92161203和 92361301）的支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

High-Nuclearity Ln₂₁₀Al₁₄₀ Clusters: Neonates of Open Hollow Dodecahedral Cage Families

Man-Ting Chen, Qiao-Fei Xu, Mukeremu Aibibula, Xiang-Jian Kong, La-Sheng Long*, Lan-Sun Zheng

J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c07231

导师介绍

龙腊生

https://www.x-mol.com/university/faculty/14038