Новости химической науки > Суператомы смогут заменить редкоземельные металлы?

Исследователи из США уверены, что они смогут создать имитацию редкоземельных металлов, получая новые «суператомы», представляющие собой атомные кластеры других металлов или металлов с неметаллами. Исследователи продемонстрировали концепцию, сгенерировав кластеры лантана с бором, которые характеризовались одинаковым количеством валентных электронов, неспаренных электронов и магнитным моментом с неодимом.

Аналогично – кластер бора с неодимом обладает ключевыми электронными и магнитными свойствами, аналогичными свойствам европия. Тем не менее, другие специалисты по кластерной химии высказывают сомнение, что такой подход сможет предоставить существенные количества «гибридных материалов».

Фотоэлектронный спектр кластера LaB^–, полученный при длине волны 532 нм (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2015, DOI: 10.1073/pnas.1504714112)

Редкоземельные элементы широко применяются в технике благодаря их необычным оптическим, магнитным и электронным свойствам. Однако эти элементы не зря называются «редкоземельными» – их извлечение из земной коры представляет собой дорогой процесс, который, помимо прочего, сопряжен с большими проблемами для окружающей среды, поэтому в настоящее время проводятся интенсивные попытки найти альтернативу этим металлам.

Опираясь на результаты своей новой работы, исследователи из Университета Пенсильвании, работающие под руководством Велфорда Кастелмана (Welford Castleman) предполагают, что вариантом замены редкоземельных элементов могут стать кластеры металлов, формирующие «суператомы». Исследователи получили кластеры двух относительно распространенных лантаноидов – лантана и неодима, испаряя металл лазером в атмосфере гелия, содержащего диборан. В результате такой операции были получены кластеры этих металлов состава МB^–. При изучении полученных кластеров с помощью фотоэлектронной спектроскопии оказалось, что кластеры LaB^– воспроизводят результаты спектрального исследования неодима, а кластер NdB^– –европия.

Как отмечает Кастелман, использование атомов одного элемента и приобретение ими в ходе манипуляций свойств другого элемента, также представленного в Периодической системе, представляет собой «весьма мозголомное занятие». Он предполагает, что эксплуатация такого подхода сможет со временем найти кластеры, в состав которых не будут входить редкоземельные элементы, но демонстрирующие важные электронные и магнитные свойства своих редкоземельных аналогов.

Тем не менее, другие химики-кластерщики настроены не так оптимистично. Так, Карл Гшнайдер (Karl Gschneider) отмечает, что работы его коллеги интересны с фундаментальной точки зрения, но в ближайшее время их нельзя рассматривать как имеющие практическое значение. Его аргументы заключается в том, что системы, о которых сообщает Кастелман, представляют собой газофазные кластеры, а для изготовления настоящего работающего магнита или источника света нужно сравнимое с числом Авогадро количество таких кластеров. Также Гшнайдер сомневается, что в твердофазном состоянии кластеры будут также воспроизводить свойства своих «аналогов», как и в газе.

Несмотря на критику, Кастелман остается при своем мнении, считая предложенный подход достойным дальнейшего развития и аргументируя свой оптимизм тем обстоятельством, что в начальный период развития систематической экспериментальной нанохимии и экспериментального получения наносистем также высказывались предположения о том, что наноразмерные объекты не смогут найти реального практического применения. Однако с той поры ситуация значительно изменилась, и теперь практичность использования нанообъектов уже не является предметом дискуссий.

Источник: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2015, DOI: 10.1073/pnas.1504714112

метки статьи: #молекулярная электроника, #неорганическая химия, #природа химической связи