稀土元素作为一类重要的战略资源,在现代科技发展中扮演着关键角色。其独特的电子结构和化学键性质直接影响着化合物的性能与应用潜力。近期,中国科研团队在稀土化合物研究领域取得重要突破,成功合成了一种新型的三重键稀土化合物。

稀土家族包括钪、钇以及15种镧系元素,这些元素具有复杂的电子结构和独特的物理化学性质。由于4f轨道的收缩效应和5d轨道的高能量特性,稀土元素通常以离子键形式存在,形成共价键尤其是双重键和三重键的能力极为有限。这种局限性使得长期以来制备含有双键或三键的镧系化合物都极具挑战性。

在这一研究领域取得突破的是苏州大学谌宁课题组与清华大学李隽课题组的合作团队。他们创新性地利用富勒烯分子笼的空间限域效应,结合改良电弧放电技术,成功合成出首个内嵌富勒烯的铈碳三重键化合物。这种新型结构中,铈元素与碳原子之间形成了稳定的三重化学键。

通过X射线单晶衍射分析等先进表征手段,研究团队证实了该化合物中铈碳键的键长与理论预测值高度吻合。进一步的光谱学研究表明,该化合物呈现出闭壳层电子构型特征,并且在红外光谱中观察到了与理论模拟一致的铈碳键振动峰,这些结果为三重键的存在提供了直接证据。