二维富勒烯单层的电子结构和化学键
清华大学化学系胡憾石、李隽团队采用密度泛函理论方法，通过研究二维富勒烯单层的电子结构和化学键来探讨其稳定性机制。理论计算表明，二维富勒烯单层具有1.46 eV 的直接电子带隙，与实验值（1.6 eV）吻合。研究发现，富勒烯分子间碳-碳键的形成对促进 C60 之间的电荷流动起着关键作用，使得 C60 球内形成双重 π 芳香性，从而稳定了二维骨架结构。此外，研究还发现二维富勒烯单层内一系列离域的超原子分子轨道（SAMO）。这些轨道表现出类似原子轨道的行为，并杂化形成具有 σ/π 成键和 σ*/π* 反键性质的近自由电子带。本研究为理解二维富勒烯单层的电子结构和稳定机制提供了新的见解，对基于 SAMO 的近自由电子带的二维富勒烯材料的设计和潜在应用提供了理论指导。
二维富勒烯材料的周期性的能量分解分析（pEDA-NOCV）是使用计算化学AMS软件的BAND模块计算完成的，其结构优化和电子结构计算使用了VASP软件。（Inorg. Chem., 2024, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c00811）
稀有气体化学键：ArBO⁺离子中的氩-硼多重键
自从 1962 年加拿大化学家 N. Bartlett 首次合成氙化合物 XePtF6 以来，化学家们在氙、氪等重稀有气体化合物的合成与结构表征方面取得了显著进展。然而，由于轻稀有气体氦、氖和氩具有更稳定的价层电子结构，其化学性质相对更为惰性，因此更难形成稳定化合物。对于氩而言，HArF 是目前已知的唯一一个在低温稀有气体基质中能够稳定存在的含氩中性化合物。尽管氩表现出高度惰性，但它仍可作为 Lewis 碱与强Lewis酸（如BeX (X = O, S, CO3), MX (M = Cu, Ag, Au, X = F, Cl, Br, O), CUO）等形成配合物，通常表现为较弱的给体-受体相互作用。近日，复旦大学周鸣飞教授团队与德国马德堡大学/南京工业大学的 Gernot Frenking 教授合作，发现 BO⁺ 离子作为强 Lewis 酸，与氩原子形成了ArnBO⁺（n=1-3）配合物。结合AMS的 EDA-NOCV 分析表明，最简单的ArBO⁺离子中，Ar-B键具有很大的键能，存在多重键特性。
这项研究不仅揭示了化学上极为惰性的轻稀有气体原子（氩）与硼原子之间能够形成强共价键，还证明了在特定条件下，轻稀有气体原子也能参与多重键的形成。此研究拓展了我们对稀有气体元素成键特性的认识，并为稀有气体元素化学研究开辟了新思路。（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 2491–2501, DOI: 10.1021/jacs.4c13459）
配体调控的亲金属性：π受体和σ供体强度的影响
金属-金属闭壳层相互作用，又称亲金属性，常见于具有较短金属间距离的 d10 和 d8 金属配合物中。这种相互作用对多种化学体系具有重要影响，可调控其结构、催化及光物理性质。金属-金属相互作用的强度及其产生的金属间距离高度依赖于不同类型的配位配体。近期研究表明，由于强烈的金属-金属 Pauli 排斥，亲金属性本质上具有排斥特性（Q. Wan, J. Yang, W.-P. To and C.-M. Che, Strong metal–metal Pauli repulsion leads to repulsive metallophilicity in closed-shell d8 and d10 organometallic complexes, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2021, 118, e2019265118）。然而，配体在金属-金属排斥中的作用仍知之甚少。
本文通过两个关键机制阐明了金属-配体配位如何调控金属-金属排斥作用：π 反馈键和 σ 给体相互作用。通过 EDA-NOCV 分析，系统评估了不同 π 接受能力和 σ 给电子强度的多种配体，我们发现了相反的配体效应。强 π 反馈键削弱了金属-金属 Pauli 排斥，使得金属间距离缩短；而 σ 给体相互作用则增强排斥，导致金属间距离增长。这些计算 insights 为调控闭壳层金属配合物中的亲金属性建立了配体设计框架，并从金属-配体配位角度深化了对金属-金属相互作用的基本理解。（Inorganic Chemistry Frontiers, 2025, DOI: 10.1039/D5QI01270H）
全金属富勒烯 [K@Au₁₂Sb₂₀]⁵⁻
C₆₀ 富勒烯分子因其独特的近球形结构而引起了极大的研究兴趣。相比之下，全金属 analogues 则难以获得：由非碳元素组成的类富勒烯团簇通常稳定性差，往往形成更紧凑的几何结构，需要嵌入多个原子或借助外部配体来稳定。该工作中报道了一种采用湿化学方法合成的全金属富勒烯团簇 [K@Au₁₂Sb₂₀]⁵⁻。通过单晶X射线衍射确定了该团簇的结构，揭示其是由20个锑原子构成的富勒烯框架。进一步结合 EDA-NOCV 进行理论计算表明，这一独特的团簇具有芳香性行为。（SCIENCE, 2023, Vol 382, Issue 6672, pp. 840-843）