科学家偶然发现了罕见的团簇化合物

　　

   

   

图:本研究中得到的金属氧化物团簇与传统的带负电荷的(-)团簇不同，带正电荷(+)。它表面的质子具有很强的酸性，这在催化作用中很重要。

京都大学细胞材料科学研究所的科学家们发现了一种新的簇状化合物，可以被证明是一种有用的催化剂。化合物称为多金属氧酸盐，含有一个带负电荷的大金属氧化物团簇。它们无处不在，从抗病毒药物到可充电电池和闪存设备。

新的团簇化合物是羟基碘化物(HSbOI)，它很不寻常，因为它有大的带正电的团簇。只有少数这种带正电的簇状化合物被发现和研究。

“在科学上，新材料或分子的发现可以创造一门新的科学，”京都大学化学家Hiroshi Kageyama说。“我相信这些新的带正电的簇有很大的潜力。”

第一个金属氧化物团簇发现于1826年。从那以后，化学家们合成了数百种带负电荷团簇的化合物，这些化合物在磁性、催化、离子传导、生物应用和量子信息方面都很有用。它们的性质使它们在催化、医药和化学合成等不同领域中有用。

近年来，科学家们把注意力集中在合成带正电团簇的化合物和了解它们的性质上。

Kageyama和他的同事Ryu Abe偶然发现了他们的阳性集群。自2016年以来，这两位科学家——固体化学家Kageyama和催化化学家Abe——一直在寻求开发可以吸收可见光进行光催化的新化合物。他们正在研究一种含氯化合物(Sb4O5Cl2)，并试图用碘取代氯原子。

“然而，一种与我们预期完全不同的新材料是偶然获得的，”Kageyama说。

科学家们所期望的是一种在单位细胞中包含22个原子的材料。他们得到的是一种在单位细胞中含有800个原子的化合物。

一开始，科学家们无法解开这种化学物质的结构。传统的粉末x射线衍射技术在面对这种材料的复杂性时失败了。一年后，Kageyama认为他可以使用三维电子断层扫描，这是一种尖端的电子显微镜技术，作为一种工具来成像蛋白质的结构，最近引起了人们的注意。科学家们找到比利时安特卫普大学的Artem Abakumov和Joke Hadermann来研究这个结构。当他们的合作者发回数据时，科学家们兴奋地看到了大的集群。

进一步的实验室工作表明，羟基碘分子含有酸性质子，这在催化中是重要的。

“这一发现可能会为固态催化剂的设计开辟新的可能性，”Kageyama说。

他们的研究成果将发表在《科学进展》杂志上。