金属富勒烯的质谱研究

The endohedral metallofullerenes refers to fullerene cages encapsulating metal atom or clusters formed a unique fullerenes family members. Metallofullerenes have drawn much attention of world wide scientist in bioscience , optical and magnetic materials research field , because of their unique structures properties. Now, the gas-phase ion chemistry of metallofullerenes has not been systematic studied yet. Here, we aim to establish ionization mass spectrometry methods to deal with the complex metallofullerene mixtures in the arc-discharging synthesis, and thus improve the sensitivity of metallofullerene detection in mass spectrometry, resulting in an overall analysis of distribution of metallofullerenes in the product extract. Meanwhile, we also aim to conduct the collision-induced dissociation(CID) of metallofullerene ion with different cage size using MS/MS methods, and determine the structure and stability of metallofullerenes relying on its composition and distribution of fragment ions. Hence, the study will provide the mechanism of metal atom escaping from the carbon cage under high energy collision, the law of C2-loss for metallofullerene cages under low energy collision, and the breaking principle of metallofullerenes in mass spectrometry through quantum chemical calculation.

金属富勒烯是指在碳笼结构内部嵌入金属或金属团簇形成一种结构独特的富勒烯家族成员，它将金属和富勒烯的优点结合与一身，显示出许多独特的性质。已发现金属富勒烯在医学、材料学、化学和物理学等有重要的应用价值。在目前阶段金属富勒烯的气相离子化学未进行系统研究的情况下，本项目拟开展对电弧合成提取物中金属富勒烯的复杂混合物的进行多种质谱电离方法进行系统的研究，提高质谱检测金属富勒烯的灵敏度，从而全面分析提取物金属富勒烯的产物分布。在此基础上，利用MS/MS 方法对不同碳笼大小的金属富勒烯离子进行碰撞诱导解离分解，通过其碎片离子的组成与分布对金属富勒烯结构及其稳定性。在高能碰撞条件下，探索金属富勒烯的笼中金属脱离碳笼束缚条件及机制，结合低能碰撞条件下金属富勒烯碳笼失去系列C2 单元规律，并利用量子化学计算的理论分析，揭示金属金属富勒烯的质谱断裂规律，从而为金属富勒烯的生成机理提供有价值的线索。

金属富勒烯是指在碳笼结构内部嵌入金属或金属团簇形成一种结构独特的富勒烯家族成员，显示出许多独特的理化性质，已经发现其在医学、材料学、化学和物理等方面具有重要的潜在价值。本项目通过对富勒烯合成条件的控制以及气相离子的化学的研究，建立了电弧放电烟炱中富勒烯组成全分布的快速分析方法；通过对不同富勒烯种类适合质谱电离方法的选择，提高质谱检测的灵敏性；采用高能和低能碰撞诱导解离法解析Gd@C82，Sm@C82，Sm@C82等金属富勒烯、内嵌杂氮富勒烯Y3N@C80和内嵌杂氧富勒烯Gd2O@C88分子离子碎裂行为，获取金属富勒烯失去系列C2单元的规律和金属脱离碳笼束缚条件，通过碎片离子的组成和分布对富勒烯结构及其稳定性进行密度泛函计算，部分解释揭示富勒烯质谱断裂规律；对深入了解电弧制备条件对金属富勒烯产物分布的影响，为突破金属富勒烯宏量制备，提高合成产率的总目标提供反应机理方面的实验数据，促进金属富勒烯研究领域的发展和应用开发。