日前，西安交通大学化学物理研究所博士生杨涛、王巍巍、党静霜等同学在赵翔教授指导下，运用物理第一原理的方法系统深入地研究了多种功能碳纳米材料富勒烯体系的几何结构、电子结构以及相应的物理与化学性质，取得了一系列重要的科学研究成果。


　　杨涛通过系统研究双稀土金属的富勒烯包合物Lu2@C76-Td电子结构、前线分子轨道、统计热力学分布等性质，发现了在碳笼内部的两个金属原子之间存在着极强的化学键合作用，并构成了一个新奇的金属-金属共价键。更为有趣的是，此金属键在常温下可以在其六个平衡构型之间进行快速跳动从而形成一个正四面体运动轨迹。这使得整个分子表现成一个具有正四面体Td对称性的碳笼中嵌套着一个小的正四面体。由于其金属原子表现出特殊运动形态，这类稀土金属富勒烯包合物有望成为并被广泛地应用为新型的功能分子器件。目前，完成的论文”Can a Metal-Metal Bond Hop in the Fullerene Cage?”已在国际化学领域的权威期刊《Chemistry - A European Journal》“欧洲化学”（2010年影响因子5.477）上在线发表。这是西安交通大学首次以第一作者单位在这样的国际一流化学期刊上发表文章。

　　此外，杨涛同学系统地研究了单金属富勒烯包合物Yb@C76，揭示了先前在实验上所合成的两个异构体是两个新颖的具有邻接五元环对的富勒烯包合物结构。两个富勒烯包合物的碳笼结构之间可以通过一次简单的几何变换相联系起来。统计热力学分析研究表明两个结构都具有很高的热力学稳定性。虽然两个结构具有极大的几何相似性，但精确的理论计算表明二者的电子结构和物理化学性质具有显著的差别。此研究成果为今后进一步深入研究碳笼结构对富勒烯包合物的电子结构和物理化学性质的影响奠定了基础。目前在此研究成果基础上完成的论文”Non-IPR endohedral fullerene Yb@C76: density functional theory characterization”已在英国皇家化学会专业期刊《Journal of Materials Chemistry》（工程技术一区杂志，2010年影响因子5.099）（http://pubs.rsc.org/en/journals/journalissues/jm）上在线发表。

　　另外，博士研究生王巍巍和党静霜两位同学在赵翔教授指导下完成的研究论文《Role of Four-membered Rings in C32 Fullerene Stability and Mechanisms of Generalized Stone-Wales Transformation: A Density Functional Theory Investigation》近日在英国皇家化学会专业杂志《Phys. Chem. Chem. Phys.》“物理化学-化学物理”（化学二区杂志，2010年影响因子3.453）上在线发表，该项研究针对含有四元环的小富勒烯及其广义Stone-Wales转移机制进行了系统完整的密度泛函理论计算，在世界上首次揭示了这种奇异的功能小富勒烯碳纳米材料的特殊稳定性质以及富勒烯生长过程中的反应路径以及相互作用机制，这项研究为在实验上进一步合成分离小富勒烯分子提供了重要的理论依据和支撑。

　　上述研究成果均得到了国家自然科学基金和国家科技支撑计划项目的支持。