Nat. Chem. | 苏州大学谌宁教授课题组与清华大学李隽教授研究团队合作成功合成稀土三重键化合物

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导读

近日，苏州大学材料与化学化工部谌宁教授课题组与清华大学李隽教授研究团队合作，在《自然-化学》（Nature Chemistry）杂志上发表了题为“A lanthanide–carbon triple bond stabilized within a fullerene cage”的研究论文。论文以苏州大学第一及通讯署名单位发表，第一作者为蒋宏杰（苏州大学，硕士研究生），赵静（清华大学，博士），通讯作者为谌宁、李隽。

镧系元素由于4f轨道收缩效应（即镧系收缩现象），其形成共价多重键的能力受到显著限制，其中稳定的三键合成长期以来被视为难以突破的科研禁区。虽然近年来科研人员已在铈（Ce）-碳双键合成方面取得进展，但需要更高程度轨道重叠的Ce≡C三键结构仍被学界普遍认为无法实现。

谌宁研究团队通过创新性地利用富勒烯分子笼的空间限域和保护作用，采用改良电弧放电技术成功制备了内嵌金属富勒烯CeCSc2@C80，首次实现了铈碳三键的稳定构筑。X射线单晶衍射分析显示，该结构中Ce-C键长仅为1.969(7) 埃，这一数值不仅远小于已报道的铈碳双键键长（2.385-2.441埃），而且与理论预测的三键键长（1.91 埃）高度吻合。通过可见-近红外吸收光谱和电子顺磁共振光谱的联合表征，确认了该化合物具有闭壳层[CeCSc2]6+@[C80]6-的电子构型。红外光谱中观察到的Ce≡C特征振动峰与理论模拟结果一致，为三键的存在提供了直接证据。深入的量子化学计算分析表明，自然定域分子轨道（NLMO）分析揭示了Ce-C之间存在一个σ键（贡献度28%）和两个π键（贡献度17-19%），键级达到1.99，远超双键体系；自然共振理论（NRT）计算也证实了三键结构的主导地位。

此项工作突破了对镧系金属成键能力的认知，完善了镧系价键理论，拓展了新型金属多重键的合成途径，也为发展镧系金属新型功能材料提供了新的范式。《科技日报》在头版以“我科研团队成功合成稀土三重键化合物”为题对该工作进行了报道，人民网、央广网等媒体进行了转载报道。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01856-2

来源：苏州大学