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大阪大学发现只需浸入溶液即可形成稀土类团簇,有望用作高功能材料

日期: 2020-09-03
浏览次数: 13

 

来源:客观日本

大阪大学研究生院理学研究科的今野巧教授等人组成的研究团队,开发出了只需在室温下浸入溶液中即可合成稀土类氢氧化物团簇的简单方法。这种团簇有望作为分解残留农药的固体催化剂和实现极低温的磁性冷冻材料等高功能材料使用。

近来的研究发现,分子中聚集了大量稀土类离子的团簇的用途非常广泛,比如磁性、发光和催化等。不过,由于这类离子的几何结构容易发生变化,因此必须利用专门设计的有机物来控制氢离子浓度(pH)、反应比和反应温度,在此基础上合成溶液。

此次的研究团队利用晶体中离子具有极高运动性的“离子导体晶体”,将离子导体晶体浸入醋酸镥(Lu)溶液中。观察发现,有4个以上的镥离子进入晶体中,新形成了骰子状络合物。

利用的晶体是今野教授等人2018年开发的“水和钾超离子导体晶体”,由氨基酸L-半胱氨酸、金属铑和锌的离子、钾离子及水分子构成。钾离子具有很高的离子导电率,此次将钾离子置换成了镥离子等。

发生反应之前的离子导体晶体为水溶性,发生反应后则变成了不溶性高分子。在骰子状络合物的立方体顶点,镥离子和氢氧根离子以4个为一组交替排列。无需调整镥离子与离子导体晶体的反应比,发生反应之前和之后,离子导体晶体的骨架也没有变化。

研究团队还合成了其他稀土类离子。利用高亮度光科学研究中心的大型同步辐射设施“SPring-8”对粉末进行X射线衍射发现,除了镥之外,离子半径比较小的钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)和镱(Yb)这7种元素也形成了骰子结构。

研究确认,这些晶体可作为促进杀虫剂和除草剂的成分——磷酸酯类分解的固体催化剂使用,此外,随着磁场发生变化,钆晶体的绝对温度从2.6度降至1.8度,可作为雌性冷冻材料使用。

络合物化学领域广泛研究了名为“合成后修饰”的方法,即针对预先合成的晶体实施化学反应,在保持晶体状态的同时将其转化为新化合物。研究团队认为,此次的晶体内合成法将成为通过合成后修饰制作高功能稀土类团簇材料的新选择。


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