Новости химической науки > Катион церия в водном растворе димеризуется

Исследователи из Японии и Германии экспериментально продемонстрировали, что в водном растворе церий(IV) преимущественно существует в виде биядерного комплекса, хотя до настоящего времени предполагалось, что катионы четырехвалентного церия в водном растворе мономерны. The finding could have important implications for scientists studying water oxidation.

Ацуси Икеда-Оно (Atsushi Ikeda-Ohno) с коллегами изучили катион церия(IV) с помощью комбинированного применения рентгеноструктурного анализа высокого разрешения и квантово-химических расчетов методом функционала плотности. Икеда-Оно говорит, что, несмотря на то, что в водном растворе подавляющее большинство катионов металлов существуют в мономерной форме – катион в гидратной оболочке или моноядерный оксокатион, церий(IV) образует биядерный комплекс в котором реализуются уникальное оксо- или/и гидроксомостиковое связывание.

Комбинированное применение рентгеноструктурного анализа высокого разрешения и квантово-химических расчетов методом функционала плотности показало, что в водном растворе в присутствии хлорной кислоты доминирующей формой существования растворимых частиц церия(IV) является биядерный комплекс, в котором атомы церия связаны с помощью оксо-мостика. (Рисунок из Dalton Trans., 2012, DOI: 10.1039/c2dt12406h)

Кертис Берлингет (Curtis Berlinguette) из Университета Калгари (Канада), изучающий механизм действия гомогенных катализаторов окисления воды, в котором соли церия являются окислителями, отмечает, что реакцию катализатора с цериевой солью-окислителем всегда рассматривали как одноэлектронный перенос. Однако, если церий (IV) предпочтительно существует в виде димерного комплекса, устойчивость которого обеспечивается оксо-мостиком, возникает резонный вопрос о реалистичности механизма одно электронного переноса в этом случае и, самое главное – о роли кислородного мостика в этом механизме окисления воды.

Берлингет поясняет, что если соли церия в водном растворе существуют в виде биядерных частиц с оксомостиком, можно подобрать катализатор – оксокомплекс переходного металла, который, взаимодействуя с оксокомплексом церия может дать кислород. Такое взаимодействие может способствовать более эффективному окислению воды с помощью солей церия.

Берлингет отмечает, что особый интерес будет представлять развитие работ Икеды-Оно, которое бы позволило расширить изучение систем на концентрации и уровень рН, обычно применяющихся в каталитических реакциях окисления воды. Если такая информация будет получена, на основании информации о строении частиц, присутствующих в растворе, исследователи смогут модифицировать существующие и разработать новые системы каталитического окисления воды.

Икеда-Оно говорит о том, что в настоящее время он и исследователи из его группы пытаются планировать эксперимент, цель которого – динамическое изучение поведения четырехвалентного церия в водном растворе с помощью рентгеноструктурного анализа.

Источник: Dalton Trans., 2012, DOI: 10.1039/c2dt12406h

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #неорганическая химия