Статья была опубликована в J. Phys. Chem. C (2022).
Фуллерены привлекают внимание исследователей с момента их открытия и дальнейшего развития массового синтеза. Уникальная симметричная структура, привлекательные физические и химические свойства делают фуллерены перспективными для многих областей науки и техники. Привлекательной особенностью фуллеренов является возможность модификации их структуры различными способами. Наличие внешней поверхности позволяет проводить функционализацию, а обширная полость внутри молекулы может быть использована для введения различных дополнительных атомов, которые могут значительно изменить физико-химические свойства фуллерена без существенного структурного искажения. Например, внедрённые атомы металлов могут привести к появлению магнитных моментов в фуллеренах и дальнейшему их применению в квантовой электронике и медицине. Чрезвычайно интересно изучить физико-химические свойства эндоэдральных металлофуллеренов (ЭМФ), в том числе их поведение под давлением. Однако до сих пор отсутствие методов их крупномасштабного синтеза не позволяло проводить такие экспериментальные исследования.
Ситуация изменилась после разработки метода синтеза эндоэдральных комплексов фуллеренов в макроскопических количествах. В нашей недавней работе мы показали, что введение кластера Sc2C2 в полость фуллерена значительно изменяет его поведение под давлением. Для выяснения влияния ионов металлов на полимеризационное поведение фуллеренов важно исследовать поведение ЭМФ с единственным ионом металла внутри, что позволило бы исключить анизотропные эффекты, связанные с низкой симметрией комплекса Sc2C2.
В данной работе мы представляем первое исследование свойств при высоких давлениях эндоэдральных металлофуллеренов гадолиния и иттрия в виде объемного материала. Теоретически и экспериментально были изучены процессы полимеризации обоих комплексов. Показано, что присутствие ионов металла существенно влияет на полимеризацию эндоэдральных комплексов, исследованных при высоких давлениях до 40 ГПа. Обнаружено, что процесс полимеризации обоих классов эндоэдральных комплексов похож друг на друга, однако отличается от полимеризации чистого фуллерена. Результаты DFT моделирования показали, что оба иона металла кардинально изменяют процесс связывания фуллеренов путем поляризации углеродных связей, что приводит к повышению их химической активности. Значения модуля объемной упругости были рассчитаны для полученных полимеризованных материалов с помощью рамановских измерений в диапазоне давлений 3-27 ГПа. Для эндоэдральных комплексов гадолиния и иттрия модули оказались равными ~340 ГПа, что ниже значения B для алмаза (443 ГПа), но сравнимо с Sc2C2@C82 (330 GPa).
Comentários