摘要：
Centro de Investigación en Materiales Avanzados 的Mario Sánchez和Lehigh University 的Jonas Baltrusaitis&Université de Sherbrooke 的Leonard R. MacGillivray&Universidad Autónoma del Estado de Morelos 的Herbert Höpfl等报道的本篇文章（Nano Lett. 2024）中通过计算化学方法设计并比较了类似于C20、C60和C70的硼氧炔（boroxine）和硼氮（borazine）笼的结构、应变指标以及对纳米尺度应用相关的物理性质。研究发现，C60和C70型笼比更小的同系物具有更小的应变，主要是由于B-芳香族-B段的弯曲最小化。计算得到的最小笼直径为2.4纳米，通过改变多面体（C20 < C60 < C70型笼）或硼中心间有机间隔物的延伸，直径可增加至4.9纳米。所有计算的笼都具有多孔性（孔径范围从0.6到1.9纳米）。分子静电势和Hirshfeld群体分析揭示了笼内外表面的亲核和亲电位点。对于硼氧炔笼和硼氮笼，HOMO-LUMO间隙分别为3.98至4.89电子伏和5.10至5.18电子伏。这些发现为设计和理解具有高度多孔性的硼氧炔和硼氮笼的纳米科学提供了见解。 研究背景：
1. 有机和金属-有机笼状化合物和纳米材料因其多种应用而受到广泛关注。这些系统通常通过可逆的非共价（如氢键）和/或共价键形成自组装。
2. 尽管在笼状化合物的设计上取得了显著进展，但仍然需要鉴定新的非生物构建块来生成笼状化合物和材料。
3. 作者报道了基于有机硼氧炔的构建块，这些构建块虽然基本上是平面的，但支持生成大型自组装的基于硼的笼状结构。通过计算化学和文献证据支持使用平面线性间隔物桥接的B3O3环生成球形笼状结构。 实验部分：
1. 理论计算与模拟：作者通过计算化学方法设计了类似于C20、C60和C70的硼氧炔（boroxine）和硼氮（borazine）笼状结构。使用密度泛函理论（DFT）计算，优化了这些结构的几何形状，确定了它们的尺寸和孔径。
2. 结构分析：研究了这些笼状结构的B-O键长、O-B-O和B-O-B键角，并将这些数据与已知的固体1,3,5-三苯基硼氧炔（TPBO）的数据进行了比较，以验证模型的准确性。
3. 应变能计算：计算了不同笼状结构的相对稳定性和应变能，以评估它们的结构合理性和合成可行性。
4. 孔隙性分析：分析了所有计算的笼状结构的多孔性，包括孔径范围从0.6到1.9纳米的孔隙。
5. 电子性质计算：计算了分子轨道能级，包括HOMO-LUMO间隙，以预测这些材料的电子性质。
6. 表面性质研究：使用分子静电势（MESP）映射和Hirshfeld群体分析研究了笼状结构的内外表面，以预测它们与客体分子的相互作用。
Nanoscale Dodecahedral and Fullerene-Type Organoboroxine and Borazine Cages from Planar Building Units 文章作者：Mario Sánchez*, Jonas Baltrusaitis*, María G. Vasquez-Ríos, Gonzalo Campillo-Alvarado, Leonard R. MacGillivray*, and Herbert Höpfl* DOI：10.1021/acs.nanolett.4c01024 文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c01024
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