🔬 Новости науки. Первое экспериментальное наблюдение борного бакминстерфуллерена B₈₀

Исследователи из США и Китая впервые смогли наблюдать молекулу B₈₀ в реальном эксперименте. По своей структуре B₈₀ схожа с фуллереном C₆₀ и имеет форму, напоминающую футбольный мяч. По аналогии с C₆₀ ее назвали борным бакминстерфуллереном или просто «бакиболом», в честь известного архитектора Бакминстера Фуллера, который прославился проектированием куполообразных конструкций похожей формы. Возможность существования B₈₀-бакибола (структуры, в которой каждый из 20 гексагонов каркаса B₆₀ заполнен дополнительным атомом бора) была теоретически предсказана еще в 2007 году, однако последующие расчеты неизменно указывали на энергетическую невыгодность этого изомера по сравнению с другими борными наносистемами. Таким образом, экспериментальная верификация существования B₈₀ не только разрешает многолетнюю теоретическую дискуссию, но и открывает новые перспективы для систематического изучения борных наноструктур. Работа опубликована в журнале Chemical Science (IF = 7.5).

🎯 Ключевые результаты (фотоэлектронная спектроскопия + DFT/MP2):
✅ Экспериментальное открытие: фотоэлектронный спектр аниона B₈₀⁻ при возбуждении излучением 193 нм демонстрирует уникальный «электронный отпечаток» высокосимметричного кластера, качественно схожий со спектром C₆₀⁻
✅ Электронные характеристики: сродство к электрону нейтрального B₈₀ составляет 3.1 эВ; щель HOMO–LUMO составляет 0.8 эВ, что свидетельствует о химической устойчивости молекулы, хотя и уступает значению 1.62 эВ для C₆₀
✅ Идентификация структуры: масштабный глобальный поиск изомеров (планарные структуры, конфигурации типа «ядро–оболочка», двойные кольца и пр.) показал, что лишь расчетный спектр бакминстерфуллерена с симметрией Iₕ (нейтральный B₈₀) / D5d (анион B₈₀⁻) достоверно воспроизводит эксперимент
✅ Анализ химической связи методом AdNDP выявил три типа многоцентровых двухэлектронных связей: 60 трехцентровых σ-связей (3c-2e), 30 четырехцентровых σ-связей (4c-2e) и 30 четырехцентровых π-связей (4c-2e). Такая схема связывания обеспечивает устойчивость B₈₀, аналогично стабилизации каркаса C₆₀

🌟 Общий вывод: Авторы впервые экспериментально доказали существование 80-атомного борного бакминстерфуллерена, показав, что именно такая Iₕ-структура является истинным глобальным минимумом для B₈₀, опровергнув предшествующие расчеты, согласно которым этот изомер был энергетически невыгоден. Эффективный диаметр B₈₀ (0.85 нм) несколько превышает диаметр C₆₀ (0.71 нм), открывая перспективы для создания эндоэдральных соединений. «Борный фуллерит» (B₈₀)ₙ прогнозируется как полупроводник с шириной запрещенной зоны ~0.8 эВ, а его легирование может привести к переходу в металлическое состояние. Электроноакцепторные свойства и уникальная электронная структура B₈₀ делают его перспективным материалом для литий-ионных аккумуляторов, а декорирование переходными металлами открывает возможности для хранения водорода, превосходя C₆₀ по удельным характеристикам.

📄 С публикацией можно ознакомиться по ссылке: https://doi.org/10.1039/D6SC02674E

#новостинауки #борРешает #фуллерен #ФЭС #DFT