平面四配位碳分子C2Be4H4及其在纳米分子设计中的应用

• 作 者: 赵雪锋;吴艳波;
• 机 构: 山西大学分子科学研究所,化学生物学与分子工程教育部重点实验室,太原市坞城路92号
• 出 处: 第十二届全国量子化学会议
• 发表日期: 2014年期

　　本课题组之前设计了含有n 个平面四配位碳(ptC)的C-Al“星芳烃”CnAln(n=4-6),同时又根据Al 与Be 在周期表中的“斜对角关系”及Al 与BeH 是“等价电子”基团而设计了C-Be“星芳烃”Cn(BeH)n(n=4-9).其中,含有六个ptC 的“星苯”分子C6(BeH)6 可以做为结构单元,通过形成分子间-Be2H2-氢桥键的方式构建外型上与石墨烯、碳纳米管和富勒烯类似的片状、管状和笼装纳米分子.本文中,我们使用BeH 基团替换了含有两个ptC 的C2Al4 分子中的Al 原子,得到了一个新的含有两个ptC 的分子C2(BeH)4(见图1 中1a).势能面分析表明,1a 比全局极小结构(见图1 中1b)能量高了10 kcal/mol.然而,该分子与“星苯”分子类似,分子周围的BeH 基团可以与来自其它C2(BeH)4 的BeH 基团形成分子间-Be2H2-氢桥键.我们进而设计了一系列链状、片状和管状纳米分子.值得注意的是,形成氢桥键的过程是大量放热的.例如,处于无限扩展的片状分子中C2(BeH)4 单元要比孤立的C2(BeH)4 分子能量低65.0 kcal/mol,而其它异构体如果被聚合起来可能放出的能量却远远小于该数值,因此我们可以认为聚合后的C2(BeH)4 单元是C2Be4H4 组分的能量最低结构.因此,热动力学的稳定性决定了这些纳米分子有可能在将来的实验中被合成出来.另外,这些分子中比较大的孔洞使它们在小分子存储方面有潜在的应用价值.