合成超原子 打開(kāi)它們用作元素原子替代品的大門
“超級(jí)原子”是一個(gè)原子簇的名稱,該原子簇似乎表現(xiàn)出與元素原子相似的特性??茖W(xué)家對(duì)超原子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出特別的興趣,因?yàn)樗鼈兛梢耘c原子連接以產(chǎn)生分子,并有可能在許多應(yīng)用中替代某些元素。
但是要使超級(jí)原子得到有效利用,必須對(duì)它們進(jìn)行特殊定制,使其與相應(yīng)元素的特征相似。這種轉(zhuǎn)變?nèi)Q于所用電子的特定組合。例如,當(dāng)將具有3個(gè)價(jià)電子(可有助于化學(xué)鍵形成的外殼電子)的鋁原子添加到13號(hào)鋁的超原子中時(shí),其性能將變?yōu)?4號(hào)鋁的超原子。由于超級(jí)原子具有這種可修改性,因此研究它們并進(jìn)一步理解它們非常重要。但是以前的研究主要是理論上的,并且主要集中在單個(gè)集群上。研究還不能合成具有足夠體積和穩(wěn)定性的超原子團(tuán)簇以用于實(shí)際應(yīng)用。
在最近的一項(xiàng)研究中,由東京科技大學(xué)和日本ERATO科技公司的科學(xué)家在Tetsuya Kambe博士和Kimihisa Yamamoto教授的帶領(lǐng)下,在溶液中制造了鎵元素簇,以證明改變?cè)又性訑?shù)目的影響。集群上的屬性。該小組使用專用的超原子合成器合成了由3、12、13和其他數(shù)量原子組成的Ga簇。為了表征和分析合成簇之間的結(jié)構(gòu)差異,捕獲了透射電子顯微鏡圖像并使用計(jì)算工具進(jìn)行了計(jì)算。
的質(zhì)譜分析表明,13-和3-原子簇具有superatomic周期性。13原子簇在結(jié)構(gòu)和電化學(xué)上均不同于其他簇。但是,具有氫(Ga 3 H 2)的3原子簇被還原為Ga 3 H 2-,并且未被檢測(cè)到,這表明該簇在溶液介質(zhì)中合成時(shí)穩(wěn)定性較低。
改變團(tuán)簇的能力強(qiáng)化了可以在超原子中誘發(fā)結(jié)構(gòu)變化的概念??茖W(xué)家在描述他們的發(fā)現(xiàn)的含義時(shí)解釋說(shuō):“這些系列結(jié)果表明,可以通過(guò)控制組成原子的數(shù)量來(lái)改變?nèi)芤褐谐訄F(tuán)簇的價(jià)電子。這反過(guò)來(lái)又可以設(shè)計(jì)和制備超原子。 ”
這項(xiàng)研究為將來(lái)研究超級(jí)原子作為元素替代物的研究鋪平了道路。正如Kambe博士,Yamamoto教授及其團(tuán)隊(duì)重申的那樣,“超級(jí)原子揭示了一種通過(guò)使用團(tuán)簇結(jié)構(gòu)創(chuàng)建新的構(gòu)建基塊的有吸引力的策略。”
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