Wissenschaftler erhalten versehentlich eine ungewöhnliche Cluster-Verbindung: „Eine neue Wissenschaft“

Forscher des Instituts für Zellmaterialwissenschaften der Universität Kyoto haben ein neues Clustermolekül entdeckt, das als Katalysator nützlich sein könnte. Polyoxometallate sind Verbindungen mit einem großen Metalloxid-Cluster, der eine negative Ladung trägt. Antivirale Medikamente, wiederaufladbare Batterien und Flash-Speichergeräte enthalten sie alle.

Die neu entdeckte Clusterverbindung ist ein Hydroxyiodid (HSbOI) und besitzt riesige positiv geladene Cluster, was für eine Verbindung dieses Typs selten ist. Bisher wurden nur wenige positiv geladene Clusterverbindungen entdeckt und erforscht.

„In der Wissenschaft kann die Entdeckung neuer Materialien oder Moleküle eine neue Wissenschaft schaffen“, erklärt Hiroshi Kageyama, Chemiker an der Universität Kyoto. „Ich glaube, dass diese neuen positiv geladenen Cluster ein großes Potenzial haben.“

Wissenschaftler erhalten versehentlich eine ungewöhnliche Cluster-Verbindung
Wissenschaftler erhalten versehentlich eine ungewöhnliche Cluster-Verbindung: „Eine neue Wissenschaft“

1826 kam es zum ersten Metalloxid-Cluster. Seitdem wurden Hunderte von Molekülen mit negativ geladenen Clustern synthetisiert, deren Eigenschaften für Magnetismus, Katalyse, Ionenleitung, biologische Anwendungen und Quanteninformation wichtig sind. Ihre Eigenschaften ermöglichen den Einsatz in einer Vielzahl von Bereichen, darunter Katalyse, Medizin und chemische Synthese.

In jüngster Zeit haben Wissenschaftler ihre Anstrengungen auf die Synthese und Untersuchung von Molekülen mit positiv geladenen Clustern konzentriert.

Durch Zufall entdeckten Kageyama und sein Kollege Ryu Abe ihren positiven Cluster. Kageyama, ein Festkörperchemiker, und Abe, ein katalytischer Chemiker, arbeiten seit 2016 zusammen, um neuartige Moleküle zu entdecken, die sichtbares Licht für die Photokatalyse absorbieren können. Sie versuchten, das Chloratom in einem chlorhaltigen (Sb4O5Cl2)-Molekül durch Jod zu ersetzen.

„Allerdings wurde versehentlich ein neues Material erhalten, das völlig anders war als erwartet“, fügt Kageyama hinzu.

Wissenschaftler dachten, sie würden ein Material mit 22 Atomen in jeder Einheitszelle finden. Stattdessen erhielten sie ein Molekül mit einer Elementarzelle aus 800 Atomen.

Zunächst konnten die Wissenschaftler nicht herausfinden, wie die Chemikalie zusammengesetzt war. Pulver-Röntgenbeugung, eine alte Methode, funktionierte nicht, weil das Material zu kompliziert war. Nach einem Jahr beschloss Kageyama, die dreidimensionale Elektronentomographie auszuprobieren, eine hochmoderne Elektronenmikroskopietechnik, die in letzter Zeit als Werkzeug zur Abbildung der Proteinstruktur an Popularität gewonnen hat. Artem Abakumov und Joke Hadermann von der Universität Antwerpen, Belgien, wurden von den Experten gebeten, an der Struktur mitzuarbeiten. Als die Daten von ihren Partnern zurückkamen, waren die Wissenschaftler begeistert, große Cluster zu sehen.

Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Hydroxyiodid-Molekül saure Protonen enthält, was für die Katalyse entscheidend ist.

Laut Kageyama „kann diese Erkenntnis neue Möglichkeiten beim Design von Festkörperkatalysatoren eröffnen.“

Bildnachweis: MINDY TAKAMIYA/KYOTO UNIVERSITY ICEMS

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Source: Revyuh by www.revyuh.com.

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