内嵌金属富勒烯因其结构的多样性在近20年间得到了飞速的开展，迄今为止已经有超越50种金属团簇被报导嵌入到富勒烯碳笼中，但是它们的构成机理却是长时间困扰科学家的一个难题。提醒内嵌金属富勒烯的构成机理不只有助于深化了解金属富勒烯结构的稳定性，还关于完成金属富勒烯资料的可控、高产率组成具有极端严重指导意义。现在报导的三种内嵌金属富勒烯构成机制（碳团簇刺进、脱去机制，以及Stone-Wales机制）都侧重于外部碳笼骨架的改变，但是关于内嵌金属团簇之间的改变机制则从未被报导过。因而，对内嵌金属富勒烯中内嵌金属团簇的构成机理的深化研讨是富勒烯范畴十分十分重要且赋有挑战性的作业。

  鉴于此，杨上峰教授团队在前期作业的基础上（J. Am. Chem. Soc.2016,138, 207；Angew. Chem. Int. Ed.2018,57, 10273），组成并别离出两种新式的根据过渡金属钒的内嵌金属富勒烯VSc2C@C80和VSc2C2@C80。他们与我国科学技能大学李群祥教授课题组、厦门大学谢素原院士团队协作，使用单晶X射线衍射技能准确表征了它们的分子结构，结合DFT理论核算对其电子结构能够进行了系统研讨，发现这两种内嵌金属富勒烯的分子结构和电子结构存在极大的相似性。

  在此基础上，杨上峰教授课题组提出它们之间有一种全新的内嵌金属富勒烯构成机制——自驱动单原子碳注入机制。该机制可大致分为两个进程，包含：（1）独碳团簇金属富勒烯（VSc2C@C80）对单原子碳的吸附；（2）单原子碳注入到碳笼构成双碳团簇金属富勒烯VSc2C2@C80。所内嵌的过渡金属钒（V）上存在的单电子关于促进单原子碳吸附到碳笼上起着至关重要的效果。不同于之前经过高压法或离子注入法完成将非金属原子（如氮）嵌入到中性富勒烯碳笼的报导，经过单原子碳注入机制能轻松完成将非金属原子原位嵌入到带负电的碳笼中，并且因为内嵌钒原子的存在，该进程能够认为是自驱动的，比较于以往的组成办法大幅度的降低了反响能耗。因而，该成果关于深化了解内嵌金属富勒烯的构成机理以及组成新结构内嵌金属富勒烯具有极端严重意义。

  图注.(a) VSc2C@Ih-C80和VSc2C2@C80的单晶结构图以及自驱动单原子碳注入机制示意图。(b)单原子碳注入进程效果图，形象地表明了在内嵌金属团簇构成的“黑洞”的吸引下，外部单原子碳（黄色）穿透富勒烯碳笼的进程，终究该单原子碳与碳笼内部的钒（白色）、钪（蓝色）及中心碳原子成键。

  该论文的一起榜首作者为我国科学技能大学博士毕业生官润南、厦门大学博士后陈佐长和安徽修建大学黄静教授，通讯作者为我国科学技能大学杨上峰教授和厦门大学张前炎副教授。该项研讨得到了科技部、国家自然科学基金委、动力资料化学协同立异中心和量子信息与量子科技前沿协同立异中心的赞助。

  （化学与资料科学学院、合肥微标准物质科学国家研讨中心、量子信息与量子科技前沿协同立异中心、科研部）