Пропавшие металлофуллерены
Однако частичное допирование различными атомами или функциональными группами может, в принципе, исправить сложившуюся ситуацию и помочь провести успешный синтез. Так, например, ранее мы уже сообщали, что нескольким независимым исследовательским группам удалось выделить хлорфуллерен C72Cl4 [1].
При этом синтезированное производное являлось неклассическим и не подчинялось правилу изолированных пятиугольников (isolated pentagon rule – IPR), т.е. полученный изомер содержал на своей поверхности смежные пятиугольники. Для семейства фуллеренов C72 вообще характерно отклонение от IPR (это было предсказано теоретически), другими словами, не-IPR изомер оказывается более стабильным, чем фуллерен, подчиняющийся правилу изолированных пятиугольников. По аналогии с внешним допированием, стабилизирующим фуллереновую клетку, могут использоваться и методы внедрения атомов, т.е. создание эндоэдральных комплексов. Так, например, металлофуллерены Yb@C72 уже успешно получены [2], но геометрия каркаса и положение атома металла внутри фуллерена до настоящего времени определены не были. Авторы работы [3] установили, что металлофуллерены Yb@C72 также не подчиняются правилу изолированных пентагонов, что соответствует сложившемуся для C72 общему тренду. С помощью компьютерного моделирования в рамках теории функционала плотности исследователи проанализировали более четырех десятков изомеров Yb@C72 и пришли к выводу, что два изомера, лежащие по энергии ниже остальных: Yb@C2ν(11188)-C72 и Yb@C2(10612)-C72, содержат на своей поверхности соседствующие пятичленные углеродные кольца (см. рис.)
Оптимизированные молекулярные структуры фуллеренов
Yb@C2ν(11188)-C72 (слева) и Yb@C2(10612)-C72 (справа).
Детальные расчеты позволили авторам получить их геометрические, энергетические и электронные характеристики. Кроме того, исследователи установили, что Yb@C2ν(11188)-C72 и Yb@C2(10612)-C72 обладают высокой термодинамической устойчивостью в широком температурном диапазоне и, скорее всего, именно их наблюдали в эксперименте. В этом случае, осталось лишь найти способ удаления атома Yb из фуллереновой клетки и можно будет “подержать в руках” чистый не-IPR C72.
1. ПерсТ 17, вып. 23, с. 8 (2010).
2. K. Bucher et al., Phys. status solidi (b) 243, 3025 (2006).
3. T. Yang, X. Zhao, Chem. Phys. 423, 173 (2013).