Small:内外兼修——神奇的金属富勒烯功能材料

金属富勒烯是将含有金属的团簇嵌入到富勒烯笼内形成的嵌套型分子。金属富勒烯不仅具有外层碳笼的化学与物理性质,内嵌的金属带来更为丰富的电子学、磁学和光学等特性。例如单就内嵌团簇种类而言,就包括金属离子、金属氮化物团簇、金属碳化物团簇、金属氧化物团簇、金属硫化物团簇、金属碳氮化物团簇以及金属氰化物团簇等,这些金属团簇在富勒烯碳笼的保护下获得了高稳定性,并由不同的内嵌团簇带来不同的物理化学性质。另一方面,金属富勒烯碳笼的种类更是比空心富勒烯多的多,这是因为金属团簇会向碳笼转移部分价电子,从而将很多原本不稳定的富勒烯碳笼稳定下来。而内嵌金属与碳笼的结合也往往使二者突破自身原有的物理化学行为,衍生出了丰富的分子性质和材料功能。因此金属富勒烯是一种具有重要研究意义的分子纳米材料,在信息科学、能源技术、生物医药等领域具有广阔的应用前景,目前已在生物医学成像、肿瘤和肺纤维化等重大疾病治疗等方面取得了重要进展,可望在不久的将来赢得广泛的商业化应用。

中国科学院化学研究所王春儒团队多年来致力于金属富勒烯的合成、表征、电子自旋特性、生物医学应用等研究,特别是发展了以金属富勒烯肿瘤血管靶向阻断为代表的一系列生物医药研究,大大推动了金属富勒烯的应用进程。近期王春儒研究员和王太山博士在Small上撰文阐述金属富勒烯功能材料的研究进展,特别介绍了金属富勒烯在肿瘤治疗、抗氧化、分子磁体、电子器件等方面展现出的优异性能。文章首先介绍了以Gd@C82为代表的水溶性纳米材料在抑制肿瘤生长、肿瘤血管靶向阻断、活性氧清除、抗氧化损伤等方面的研究,随后介绍了磁性金属富勒烯如Sc3C2@C80、Y2@C79N、DySc2N@C80等在分子磁探针、单分子磁体、自旋量子比特等方面的研究成果,最后还介绍了金属富勒烯晶体和薄膜的电学性质以及金属富勒烯的单分子电学性质研究。这些研究结果揭示了金属富勒烯材料丰富的结构和优异的物理化学特性,展示了金属富勒烯材料广阔的应用前景。

研究者认为,随着近几年金属富勒烯结构研究的不断深入以及其物理化学特性表征技术的不断发展,其应用研究已呈腾飞之势。特别是金属富勒烯具有生物友好的特性,在肿瘤治疗过程中无毒副作用,可望在今后几年内进入临床应用。作为一种发源于宇宙星云的物质,富勒烯是宇宙送给人类的珍贵礼物,必将在不久的将来造福人类。相关论文发表在Small(DOI:10.1002/smll.201901522)上。