发布时间：2026-10-30

文章标题：课题组关于富勒烯团簇方面的研究获陕西省物理学会科学技术奖一等奖

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陕西省物理学会链接：http://www.sxwlxh.com/News_Show.asp?id=149

本项目属于分子物理、团簇物理和化学物理等研究领域，是原子分子和化学物理学科的基础前沿研究课题。C60富勒烯是1985年Smalley、Kroto和Curl等发现的一种笼状全碳分子，具有足球一样完美对称的结构，并因此获得1996年诺贝尔化学奖。富勒烯独特的几何结构和电子结构使得易于利用物理或化学方法对其进行修饰，从而制备杂富勒烯、内嵌富勒烯和外接富勒烯等多种类型的富勒烯衍生物。这些特质使得富勒烯基碳材料在催化、超导、储氢、光伏电池、单分子器件以及医学诊断和治疗等领域均具有重要的基础研究意义和实际应用价值。然而对于外接富勒烯而言，一个外来原子在富勒烯表面的结合位点仍不明晰；确定外来原子或基团在富勒烯表面的结合位点与稳定性机制，对于理解界面相互作用并进行性质调控至关重要。

本项目利用自主研发的双样品靶双束溅射激光团簇束源和红外光解离光谱技术，结合密度泛函理论计算和分子动力学模拟等，围绕富勒烯基团簇的红外光谱、几何结构、成键特征、天体物理学意义和催化性质等取得了以下三个方面的研究成果：

（1）富勒烯–金属团簇中金属与富勒烯结合位点及其稳定性机制起源：阐明了金和钒等金属在富勒烯表面的最稳定结合位点、成键本质和稳定性机制，确定了铜团簇在二维富勒烯表面的锚定位点，揭示了外来原子在富勒烯笼内与笼外时迥异的激发态电子弛豫动力学，为构建高稳定性、可调控的富勒烯–金属材料体系提供了新的设计思路；

（2）富勒烯–金属团簇的红外光谱与天文观测未证认红外发射谱的关联：提出富勒烯–金属复合物团簇可潜在贡献于星际未证认红外发射谱带和弥漫星际谱带，并构建VibFullerene数据集，为詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）搜索并分析星际富勒烯相关物种提供重要参考；

（3）富勒烯–金属团簇在重要催化过程中的作用与机制：揭示了富勒烯碳基负载型催化剂催化过程中显著的载体效应，提出了富勒烯的“氢摆渡车”（几何效应）与“电子海绵”（电子效应）效应。

相关研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Catal.和J. Phys. Chem. Lett.等国际著名期刊，并申请中国发明专利1项。项目完成人应邀在Acc. Chem. Res.、Fundamental Research和Phys. Chem. Chem. Phys.等权威期刊撰写述评、综述和展望文章，在国内外会议上作邀请报告20余次。5篇代表性论文被高水平期刊他引117次，相关成果获得英国New Scientist、中国科学报等30余家国内外权威媒体专题报道与转载，得到包括中国科学院院士、澳大利亚科学院院士和荷兰皇家科学院院士等在内的国际天体物理、分子物理、团簇物理和催化领域权威学者的正面评价和引用。