Obwohl das Rad nicht neu erfunden werden muss, hat die Entwicklung neuer Nano-Räder laut einem in China ansässigen Forschungsteam aus mehreren Instituten Vorteile. Die Gruppe stellte eine neue Familie von Metallverbindungen her, die jeweils einzigartige Eigenschaften aufweisen, die für Technologien der nächsten Generation, wie z. B. fortschrittliche Sensoren, wünschenswert sind.
Ihre Ergebnisse wurden in zur Verfügung gestellt Polyoxometallate.
„Polymetallkomplexe sind nicht nur wegen ihrer ansprechenden Molekülstruktur von großem Interesse, sondern auch wegen ihrer vielseitigen Anwendungen in verschiedenen Bereichen“, sagte Co-Korrespondenzautor Yan-Zhen Zheng, Professor am Frontier Institute of Science and Technology (FIST) an der Xi’ eine Jiaotong-Universität.
Polymetallische Komplexe, die mehrere Atome verschiedener Metalle oder eine Kombination aus Metallen und anderen Elementen umfassen, haben das Potenzial, Materialien mit spezifischen Eigenschaften zu versehen, wenn die Moleküle synthetisiert werden können, sagte Zheng. Zu diesen Eigenschaften gehören die Fähigkeit zu fluoreszieren oder zu leuchten und magnetische Macken, die drastische Temperaturänderungen und -kontrolle ermöglichen.
Zheng und sein Team konzentrierten sich auf die Herstellung polymetallischer Komplexe aus Lanthanidenelementen, einer Gruppe von 15 metallischen Materialien, die auch als Seltenerdelemente bekannt sind. Sie verwendeten speziell Europium, Terbium und Gadolinium.
„Unter allen polymetallischen Komplexen haben Verbindungen auf Lanthanoidbasis aufgrund ihres interessanten magnetischen und Lumineszenzverhaltens beispiellose Aufmerksamkeit auf sich gezogen“, sagte Zheng. „Einige solcher Verbindungen wurden erfolgreich isoliert, aber die direkte Synthese war eine Herausforderung.“
Die Komponenten der erforderlichen Komplexe sind geometrisch unterschiedlich und erfordern laut Zheng eine erhebliche Koordination.
„Frühere Erkenntnisse zeigten, dass die Kontrolle der Hydrolyse – Abbau einer Verbindung mit Wasser – von Lanthanoid-Metallionen in Gegenwart geeigneter organischer Liganden eine wirksame Strategie wäre, um die gewünschte Spezies zu erhalten“, sagte Zheng. Ein Ligand ist ein Molekül, das an ein Metallatom bindet. Seine Zugabe zum Komplex kann die Struktur stabilisieren.
Die Forscher nutzten die Hydrolyse, um Lanthanide in einem Bad abzubauen, das einen Liganden namens Tricin enthielt. Tricin enthält mehrere Sauerstoff- und Wasserstoffarme, was bedeutet, dass es eine große Auswahl an Metallen aufnehmen und zur Stabilisierung der resultierenden Cluster beitragen kann.
„Durch die einfache Hydrolysereaktion haben wir drei Lanthanid-Nanocluster synthetisiert und Röntgenbeugungsanalysen verwendet, um ihre stabile, radartige Struktur aufzudecken“, sagte Zheng. „Aufgrund des Vorhandenseins verschiedener Lanthanoid-Metallionen in diesen Analoga zeigt jede Verbindung unterschiedliche Eigenschaften.“
Der auf Europium basierende Cluster fluoreszierte rote Emissionen, während der auf Terbium basierende Cluster grüne Emissionen fluoreszierte. Der auf Gadolinium basierende Cluster zeigte potenzielle Anwendungen in der magnetischen Kühlung. Laut Zheng untersucht die Forschungsgruppe weiterhin die Synthese und Anwendung dieser Cluster.
Mehr Informationen:
Peng-Fei Sun et al, Tricin-gestützter Polyoxo(alkoxo)lanthanid-Cluster Ln 15 (Ln = Eu, Gd, Tb) mit magnetischen Kältemittel- und Fluoreszenzeigenschaften, Polyoxometallate (2023). DOI: 10.26599/POM.2023.9140026
Zur Verfügung gestellt von Tsinghua University Press