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学术进展

我院孙頔课题组团簇化学研究获重要进展

dangwei    Feb. 3, 2016, 9:55 a.m.

          近日,我院孙頔副教授课题组在多核金属簇合物组装机理的研究上取得重要进展,相关论文以“HierarchicalAssembly of a {MnII15MnIII4}Brucite Disc: Step-by-Step Formation and Ferrimagnetism.”为题,在线发表于化学权威期刊《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.5b11736; IF=12.113)。

    由于多核金属簇合物具有纳米尺寸的分子结构及在光、电、磁方面的有趣性质,多核金属配合物的设计、合成以及结构研究已成为人们研究的热点。尽管形状各异,性质新奇的多核金属簇合物被合成出来,但是对多核金属簇合物的形成机理只能间接地从最终形成的分子结构推测。目前,从分子水平上理解簇合物的生长及成核的细节还非常模糊,即如何从简单的金属离子和配体在溶液中逐步生长成为更大的分子簇是目前该领域研究的难题。孙頔副教授课题组首先利用一锅煮方法,室温超声合成了一种高对称性锰氧簇,通过单晶结构测试分析发现,该分子中有19个锰中心,并且他们的排列基本处于一个平面,且呈三次轴对称性。该化合物溶于乙腈之后,在质谱中发现由十九个锰原子组成的盘子内核在溶液中可以保持完整,但是外围配体和阴离子发生了一些配位交换反应。同时利用高分辨质谱来跟踪其反应溶液中的各物种浓度随时间的变化,发现反应初期存在高浓度的Mn10Mn12,以及Mn14物种,随着时间推移这三个主要的中间体物种浓度减小,同时发现Mn19物种出现并且随时间推移浓度逐渐增强,这就说明该锰氧簇的生长机理是沿着是Mn1→Mn7Mn10, Mn12,Mn14→Mn19这样一条路径而来。依据上述质谱实验结果,首次提出了此类簇合物的“平面外延生长机理。该工作为理解簇合物的可控组装及生长机理的理解提供了很好的范例。

    该研究在孙頔副教授的指导下主要由泰山学堂2011级本科生邓永恺完成。厦门大学郑兰荪院士团队的谭元植教授和苏海峰博士为高分辨质谱测试提供了大力支持,法国斯特拉斯堡大学M. Kurmoo为该簇合物的磁学行为给予解释,山东大学佟振合院士团队的王文光教授课题组为电化学测试给予支持除本项研究外,孙頔副教授课题组近期在多核金属簇合物化学方面已取得了系列进展,包括几何学指导的多面体Ag37簇的合成和表征(Nanoscale, 2015, 7, 8284-8288)、发现普适性的扭曲三棱柱形九核银簇的组装方法(Chem. Eur. J.2016, DOI:10.1002/chem.201504799.)、多酸离子模板的核壳银硫纳米分子(Chem. Asian J. 2015, 10, 1295 – 1298)等。

   该研究得到国家自然科学基金委青年基金(21201110),面上项目(21571115)和重大仪器研究专项(21227001)的资助。

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