Суператом

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2018, №11)

pic_2018_11_16-1.jpg

Молекулярная структура полиметаллического кластера, состоящего из 55 атомов. Вид со стороны оси пятикратного вращения. Атомы водорода и молекулы бензола не отображены.

В лаборатории Технического университета Мюнхена получили самый большой суператом, состоящий из 43 атомов меди и 12 атомов алюминия. Вообще, это кластер, и рентгеноструктурный анализ показал, что металлы в нем расположены в узлах кристаллической решетки, однако с точки зрения электронного строения все 55 атомов, образующих кластер, ведут себя как один суператом. Он интересен не только с точки зрения электронного строения, но и как основа для разработки новых катализаторов («Angew. Chem.» Int. Ed., 2018, 7; doi: 10.1002/anie.201806039).

Катализаторы обычно довольно дороги. Так, огромное количество процессов, от синтеза лекарственных препаратов до окисления угарного газа в выхлопных газах автомобилей, ускоряются платиной, которая дороже золота. Другие металлы, применяющиеся в катализе — рутений, осмий, — стоят еще больше. Высокая стоимость металлов платиновой группы и их низкая распространенность в земной коре постоянно заставляет химиков искать более дешевые и доступные варианты: железо, алюминий или медь, однако не всегда удается предсказать, как они будут работать.

В этом и была цель исследовательской группы под руководством профессора неорганической и металлоорганической химии Роланда Фишера. Они не собирались получать кластер, имитирующий поведение отдельного атома, а просто разрабатывали теоретическую модель, описывающую поведение катализатора на основе полиметаллических кластеров. Для получения таких соединений исследователи решили использовать восходящий метод синтеза — получить кластеры из отдельных атомов меди и алюминия, взяв в качестве источников этих атомов металлоорганические производные [AlCp*]4 и [CuMes]5 (Cp* — пентаметилциклопентадиенил, Mes — мезитил, 2,4,6-триметилфенил).


[AlCp*]4 + [CuMes]5

[Cu43Al12] (Cp*)12

pic_2018_11_16-2.jpg

Схема получения суператома







Первоначально исследователи опасались, что медь и алюминий сохранят связи металл-углерод и не будут образовывать необходимые для связи металл-металл, однако опасения оказались напрасными. Образовался темно-красный осадок, который очистили и изучили с помощью рентгеноструктурного анализа, — продукт реакции имел довольно сложную структуру. Сорок три атома меди и двенадцать атомов алюминия сформировали геометрическую фигуру, поверхность которой была «вымощена» двадцатью равнобедренными треугольниками. Более того, пятьдесят пять атомов металлов организовались в один суператом, объединив свои электроны в единую электронную оболочку, распределение электронов в которой напоминает распределение по энергетическим уровням в обычном атоме. Расположенные на внешнем уровне этой объединенной оболочки три неспаренных электрона придают кластеру парамагнитные свойства.

Особенность нового полиметаллического кластера не только в том, что это самый большой суператом, известный на сегодня, но и в том, что он самопроизвольно образуется в растворе, не требуя значительной подпитки энергией. Это может говорить о том, что кластер-суператом [Cu43(AlCp*)12] термодинамически устойчив, поэтому в будущем можно ожидать получения и других суператомов такого же размера. В планах исследователей из группы Фишера дальнейшее изучение полученного суператома — его парамагнетизм и электронная конфигурация позволяют ожидать проявления интересных свойств.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 11/2018) на с. 16.

Разные разности

07.10.2019 17:00:00

...устройство весом 307 г, прикрепленное к колену пользователя, может генерировать 1,6 микроватта энергии за счет движения ноги при ходьбе...

...брюхоногий моллюск Chrysomallon squamiferum стал первым глубоководным животным, оказавшимся под угрозой исчезновения из-за добычи полезных ископаемых на морском дне...

...водные экстракты кузнечиков, сверчков и шелковичных червей в пять раз богаче антиоксидантами, чем апельсиновый сок...


>>
27.09.2019 12:00:00

Развитие информационных технологий породили много интересных явлений. Одно из них – журналы открытого доступа, из которых несколько лет назад выделилась особая группа так называемых журналов-хищников (predatory journals).

>>
25.09.2019 18:00:00

Британские историки ищут добровольцев для расшифровки записей сэра Хемфри Дэви. Поучаствовать в проекте можно на сайте zooniverse.org

http://bit.ly/HDavy

>>
02.09.2019 17:00:00

...японский космический аппарат «Хаябуса-2» взял образец материала из глубины астероида Рюгу и должен вернуться на Землю в декабре 2020 года...

...разработаны умные очки, компенсирующие возрастную потерю способности глаза к аккомодации...

...у членов парламента Великобритании больше проблем с психическим здоровьем, чем в среднем по популяции...


>>
27.08.2019 16:00:00

В мире сложилась странная ситуация, когда одни стремятся всеми силами уменьшить выбросы углекислого газа, а другие планируют эти выбросы увеличивать – строят всё новые электростанции и котельные для получения энергии из ископаемого топлива

>>