Ученые из Института клеточных наук Киотского университета обнаружили новое кластерное соединение, которое может оказаться полезным в качестве катализатора. Соединения, называемые полиоксометаллатами, которые содержат большой кластер оксида металла, несут отрицательный заряд. Они встречаются повсюду, от противовирусных препаратов до аккумуляторов и устройств с флэш-памятью.
Новое кластерное соединение представляет собой гидроксийодид (HSbOI) и является необычным, поскольку имеет большие положительно заряженные кластеры. Было обнаружено и изучено лишь несколько таких положительно заряженных кластерных соединений.
«В науке открытие нового материала или молекулы может создать новую науку», — говорит химик Киотского университета Хироши Кагеяма. «Я считаю, что эти новые положительно заряженные кластеры обладают большим потенциалом».
Первый кластер оксида металла был обнаружен в 1826 году. С тех пор химики синтезировали сотни соединений с отрицательно заряженными кластерами, которые обладают свойствами, полезными в магнетизме, катализе, ионной проводимости, биологических приложениях и квантовой информации. Их свойства делают их полезными в различных областях от катализа до медицины и химического синтеза.
В последние годы ученые сосредоточили свое внимание на синтезе соединений с положительно заряженными кластерами и изучении их свойств.
Кагеяма и его коллега Рю Абэ случайно нашли свой позитивный кластер. С 2016 года два ученых — Кагеяма, химик твердого тела, и Абэ, химик-катализатор, — стремились разработать новые соединения, которые могут поглощать видимый свет для фотокатализа. Они изучали хлорсодержащее соединение (Sb 4 O 5 Cl 2 ) и пытались заменить атом хлора на йод.
«Однако новый материал, который полностью отличался от того, что мы ожидали, был получен случайно», — говорит Кагеяма.
Ученые ожидали, что материал будет содержать 22 атома в элементарной ячейке. Вместо этого они получили соединение, содержащее 800 атомов в элементарной ячейке.
Вначале ученые не могли разгадать структуру химического вещества. Традиционный метод, называемый порошковой рентгеновской дифракцией, потерпел неудачу, когда столкнулся со сложностью материала. Через год Кагеяма решил, что сможет использовать трехмерную электронную томографию, передовой метод электронной микроскопии, который в последнее время привлек внимание как инструмент для изображения структуры белков. Ученые обратились к Артему Абакумову и Джоку Хадерманну из Университета Антверпена, Бельгия, для работы над структурой. И когда их сотрудники отправили данные обратно, ученые были в восторге, увидев большие скопления.
Дальнейшие лабораторные исследования показали, что молекула гидроксийодида содержит кислотные протоны, что важно для катализа.
«Это открытие может открыть новые возможности в разработке твердотельных катализаторов», — говорит Кагеяма.
Их работа будет опубликована в Science Advances.
