多元Zintl离子团簇的合成及物理性能研究

本课题将充分利用金属有机化学的合成及表征方法研究无机固体化学中的Zintl离子团簇。采用后过渡金属有机化合物、芳基或烷基配位的稀土金属有机化合物与Zintl前体化合物反应，制备新型多元Zintl离子团簇化合物，得到中空锡球烯[Sn12]2-和铅球烯[Pb12]2-，研究其电子结构和成键特点并探索相关催化活性。研究的Zintl前体包括第十四族的[E9]n- (E = Ge/Sn/Pb,n = 4, 3, 2)，第15族的[As7]3-,[Sb7]3-以及杂原子团簇[Pb2Sb2]2-，[Sn2Bi2]2-等。本项目的开展能极大地丰富金属-金属键理论，推动金属团簇化学的发展，对于探索Zintl离子在纳米半导体材料的合成、薄膜材料的制备以及发展多元催化剂等方面具有重要意义。

团簇广泛存在于自然界及人类生产活动中，涉及到许多物质运动过程和现象，如催化，燃烧，晶体生长、成核和凝固、相变、溶胶、薄膜形成和溅射等，是材料科学新的生长点。Zintl离子团簇不仅具有结构多样性，而且具有优异的物理性能，在超导材料、异相催化等方面具有广阔的应用前景，并引起了国际科学界的广泛关注及浓厚兴趣，是无机化学领域的前沿学科。本课题致力于合成具有新颖结构的Zintl团簇，研究金属-金属键相互作用以及对潜在的应用进行了初步尝试。例如，制备了首例具有全金属芳香性的三明治化合物[Sb3Au3Sb3]3-，对其电子结构进行了深入分析，并进一步指出其在超导等方面的潜在应用价值。这项工作也被国际知名媒体美国化学化工新闻C&EN News, JACS spotlight等报道。这项工作的开展对深入理解主族金属配位化学具有重要的意义，为我国在Zintl团簇领域在国际上占据一席之地奠定了基础。