日前，吉林大学物理学院计算方法与软件国际中心吕健、王彦超教授与美国波多黎各大学陈中方教授在“平面超配位构型材料”研究中获得新进展。相关研究成果以“Particle Swarm Predictions of a SrB8 Monolayer with 12-Fold Metal Coordination”为题，于2022年06月16日在线发表于《美国化学会志》。
化学键是化学中最基本的概念之一。长期以来，科学家已建立了丰富的化学键规则，成为我们理解分子与材料性质的基础。与此同时，科学家也一直致力于寻找能够打破这些化学键规则的新分子和材料，从而拓展对化学键规则的认识。寻找平面超配位构型就是该方向上的一个热点课题。自1970年诺贝尔化学奖得主R. Hoffman与合作者首次提出稳定平面四配位碳的策略以来，科研人员一直致力于寻找和设计可以超越元素常规配位数的平面稳定构型，最高平面配位数的记录不断被刷新。截止目前，孤立团簇和周期性材料中报道的最高平面配位数分别达到了13和8，这些研究发现显著推动的人们对化学键规则的进一步认识。
本工作利用CALYPSO结构预测软件结合第一性原理计算，分析了前期周期性材料中最高平面配位（8配位）的FeB6和TiB4单层材料，并据此设计了具有更高配位数（12配位）的SrB8单层材料，从而将周期性材料中的最高平面配位数进一步刷新。研究发现，SrB8单层材料可由Sr原子与B8单元按照四方晶格排列而成，含有两种Sr@B12平面超配位单元。由于Sr原子到B骨架的电子转移以及Sr原子与B12圆环在尺寸上的契合，SrB8呈现出高热力学和动力学稳定性。研究工作进一步分析了SrB8单层材料的可能合成途径和潜在应用。该工作进一步丰富了人们对新奇化学构型的认识。
图：基于平面8配位的TiB4设计出具有平面12配位的SrB8单层材料
吉林大学物理学院计算方法与软件国际中心博士后、吉林师范大学物理学院讲师曲鑫和吉林大学材料学院博士后、吉林师范大学物理学院实验师杨丽华为本文的共同第一作者。本文通讯作者为吉林大学物理学院吕健、王彦超教授和美国波多黎各大学陈中方教授。该工作得到了国家自然科学基金、吉林省科技厅自然科学基金、吉林大学科学技术创新研究团队和交叉学科创新平台等项目的资助。
谨以此文献给吉林大学物理学科七十华诞！
论文全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c13654
