Forskere opdager serendipitalt sjælden klyngeforbindelse

Forskere ved Kyoto Universitets Institut for Celle-Material Sciences har opdaget en ny klyngeforbindelse, der kunne vise sig nyttig som katalysator. Forbindelser, kaldet polyoxometalater, der indeholder en stor metaloxid-klynge, bærer en negativ ladning. De findes overalt, lige fra antivirale lægemidler til genopladelige batterier og flashhukommelsesenheder.

Den nye klyngeforbindelse er et hydroxyiodid (HSbOI) og er usædvanlig, da den har store, positivt ladede klynger. Kun en håndfuld af sådanne positivt ladede klyngeforbindelser er blevet fundet og undersøgt.

"I videnskaben kan opdagelsen af ​​nyt materiale eller molekyle skabe en ny videnskab," siger kemiker Hiroshi Kageyama fra Kyoto University. "Jeg tror på, at disse nye positivt ladede klynger har et stort potentiale."

Den første metaloxidklynge blev opdaget i 1826. Kemikere har siden syntetiseret hundredvis af forbindelser med negativt ladede klynger, som har egenskaber nyttige i magnetisme, katalyse, ionledning, biologiske anvendelser og kvanteinformation. Deres egenskaber gør dem nyttige inden for forskellige områder fra katalyse til medicin og kemisk syntese.

I de senere år har forskere fokuseret deres opmærksomhed på at syntetisere forbindelser med positivt ladede klynger og lære deres egenskaber.

Kageyama og hans kollega Ryu Abe fandt deres positive klynge ved et uheld. Siden 2016 har de to videnskabsmænd - Kageyama, en faststofkemiker og Abe, en katalytisk kemiker - været på jagt efter at udvikle nye forbindelser, der kan absorbere synligt lys til fotokatalyse. De studerede en klorholdig (Sb₄ O₅ Cl₂ ) forbindelse og forsøger at erstatte kloratomet med jod.

"Men et nyt materiale, der var helt anderledes end det, vi forventede, blev opnået ved et uheld," siger Kageyama.

Hvad forskerne forventede, var et materiale, der indeholder 22 atomer i enhedscellen. Det, de fik i stedet, var en forbindelse, der indeholder 800 atomer i sin enhedscelle.

I begyndelsen kunne forskerne ikke optrevle kemikaliets struktur. En traditionel teknik kaldet pulverrøntgendiffraktion mislykkedes, når man stod over for materialets kompleksitet. Efter et år troede Kageyama, at han kunne bruge tredimensionel elektrontomografi, en banebrydende elektronmikroskopiteknik, der for nylig har tiltrukket sig opmærksomhed som et værktøj til at afbilde strukturen af ​​proteiner. Forskerne henvendte sig til Artem Abakumov og Joke Hadermann ved Universitetet i Antwerpen, Belgien, for at arbejde på strukturen. Og da deres samarbejdspartnere sendte dataene tilbage, var forskerne begejstrede for at se store klynger.

Yderligere laboratoriearbejde viste, at hydroxyiodid-molekylet indeholdt sure protoner, hvilket er vigtigt i katalyse.

"Denne opdagelse kan åbne op for nye muligheder i designet af faststofkatalysatorer," siger Kageyama.

Deres arbejde vil blive offentliggjort i Science Advances . + Udforsk yderligere

Meget ledende antiperovskitter med bløde aniongitter