施俊杰，胡子琦，杨逸豪，步宇翔,＊，施祖进,＊

1山东大学化学与化工学院，济南 250100

2北京大学化学与分子工程学院，稀土材料化学及应用国家重点实验室，北京分子科学国家研究中心，北京 100871

1 引言

富勒烯分子具有纳米级别的空腔，在其中可以嵌入各种不同大小的金属或金属原子簇，形成具有独特核壳结构的富勒烯金属包合物1–3。利用内嵌金属与富勒烯碳笼之间的相互作用，可以调控富勒烯金属包合物的物理和化学性质。与空心富勒烯相比，富勒烯金属包合物表现出更为优异的性能，其化学反应性质与空心富勒烯也有很大的不同4,5。富勒烯金属包合物具有许多新奇的光、电和磁学等方面性质，在光电材料、生物医学和量子信息存储等领域有非常广阔的应用前景6–12。

对新结构富勒烯金属包合物的探索一直以来是富勒烯领域中的研究重点。新结构的出现不但能丰富富勒烯家族的种类，同时还有可能带来新的性质，拓宽包合物的应用前景。内嵌金属团簇富勒烯是富勒烯家族中一个重要的分支。很多具有不稳定结构的团簇能在富勒烯碳笼中稳定存在，这为研究纳米尺度下原子的独特行为提供了一个很好的模型。例如，M3N@Ih-C80(M = Sc, Y,etc.)具有很高的稳定性，是目前研究最多的一类内嵌团簇富勒烯13–15。理论研究表明，Ih-C80在接受内嵌团簇转移的六个电子后，表现出很大的HOMOLUMO能级差16。在Ih-C80碳笼中，还可以嵌入多于四个原子的特殊团簇，如Sc3C217，Sc4O218，Sc4O319，Sc3CH20，Sc3NC21等。这些团簇无一例外均向碳笼转移六个电子，验证了的特殊稳定性。……