氧化铁可替代贵金属用作氧化还原反应的电催化剂。为提高其催化活性和耐久性，前人制备了多种形状的碳包覆氧化铁材料，如纳米纺锤体、纳米棒、纳米球、纳米花、纳米晶和纳米管等。碳包覆层的均匀性是保证材料稳定性的一个重要指标。碳包覆氧化铁纳米颗粒源于小团簇的聚集和生长。氧化铁分子倾向于吸附在碳笼外面还是嵌入在碳笼内是一个值得优先考虑的问题。
化学与生命科学学院赵臻教授采用密度泛函理论优化获得了FemOnC70和 FemOn@C70(m=1-3，n=1-4)团簇的几何结构（见图1）。分析了FemOn分子与C70笼相互作用及FemOnC70和 FemOn@C70(m=1-3，n=1-4)团簇的动力学稳定性。进一步讨论了FemOnC70和 FemOn@C70(m=1-3，n=1-4)团簇的电子和磁学性能。
图1 FemOnC70和 FemOn@C70(m = 1-3，n = 1-4)团簇的结构
研究发现，氧化铁分子倾向于被C70笼吸附而不是被C70笼包裹。FeOC70和 Fe2O3C70团簇的化学稳定性高于FeO@C70和 Fe2O3@C70团簇，而Fe3O4C70团簇的化学稳定性低于Fe3O4@C70团簇。除了Fe3O4@C70团簇外，其它团簇只有少量电子(0.026|e|~0.205|e|)从氧化铁分子转移到C70笼中。除Fe3O4@C70团簇外，FemOnC70和 FemOn@C70团簇中的Fe原子自旋密度均降为零。
相关成果发表在Solid State Communications，362 (2023) 115088上，https://doi.org/10.1016/j.ssc.2023.115088。
