Новости химической науки > Искусственные «суператомы» для новой периодической системы

Каковы шансы на то, что со временем появится новая периодическая система, заполненная не обычными химическими элементами, а полученными в лаборатории «суператомами»?

Именно такими могут оказаться далеко идущие последствия новой работы химиков из США, получивших структурные аналоги простых ионных соединений (хлорида натрия и йодида кадмия) за счет взаимодействия не отдельных ионов, а больших молекулярных кластеров.

Новые соединения обладают неожиданными электронными и магнитными свойствами, что открывает возможности для дизайна твердых материалов с предопределенной структурой, свойства которых могут быть подстроены за счет правильного выбора соответствующих суператомов.

Суператомы могут использоваться для получения ионоподобной кристаллической решетки, компонентами которой являются фуллерены C₆₀ (черные) и халькогениды металлов. (Рисунок из Science, 2013, DOI: 10.1126/science.1236259)

Колин Наколлс (Colin Nuckolls) и Майкл Штайрегвальд (Michael Steigerwald) решили выяснить, что произойдет, если электроноизбыточные кластеры ввести в контакт со сходными по размеру электрононедостаточными кластерами. Исследователи смешали металхалькогенидные кластеры Co₆Se₈(PEt₃)₆ с фуллеренами C₆₀ в толуоле. По словам Штайгервальда, результаты оказались впечатляющими.

Исследователи наблюдали образование черных кристаллов, которые, как первоначально были уверены исследователи, являлись продуктом перекристаллизации фуллеренов, однако исследования продукта реакции с помощью рентгеноструктурного анализа показали, что в составе полученного кристаллического вещества на один кластер халькогенида приходится два фуллерена, которые расположены друг относительно друга таким же способом, каким ориентированы ионы кадмия и йода в кристаллической решетке йодида кадмия. Спектроскопия комбинационного рассеивания показала, что заряд перераспределился между двумя компонентами, в результате чего связь между двумя типами кластеров стала проявлять существенно ионный характер, что еще больше делало новое кристаллические соединение похожим на CdI₂.

Наколлс добавляет, что после установления строения первого соединения было очевидным начать смешение и других кластеров. Исследователи смешали Cr₆Te₈(PEt₃)₆ с фуллеренами C₆₀ и снова получили псевдоионную кристаллическую решетку с конфигурацией CdI₂. Третья попытка заключалась в смешении C₆₀ и Ni₉Te₆(PEt₃)₈. В последнем случае размеры кристаллов оказались меньше, соотношение суператомов равнялось 1:1, а форма кристаллической решетки соответствовала кубической гранецентрированной кристаллической решетке хлорида натрия.

Каждый из трех полученных материалов отличается электропроводностью, к тому же третья решетка, полученная с участием атомов никеля, проявляет магнитные свойства, которые не присущи ни одному из составных частей – ни фуллеренам, ни кластерам Ni₉Te₆(PEt₃)₈. Исследователи убеждены в том, что у новых материалов, полученных за счет комбинации «суператомов», практически безграничны – по словам Штайрегвальда, полученные ими результаты являются даже не вершиной айсберга, а кристалликом льда на вершине этого айсберга – результаты нового исследования могут способствовать переходу периодической системы и периодического закона в третье измерение. Исследователи продолжают поиск новых материалов, построенных из суператомов и, по словам Наколлса, они уже могут достать из рукава несколько интересных структур.

Источник: Science, 2013, DOI: 10.1126/science.1236259

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #органическая химия, #супрамолекулярная химия, #физическая химия