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365体育投注教师在同多酸簇水溶液中的复杂相变和相调控研究方向取得重要进展

发布时间:2024-02-02 供稿单位:化学学院、科学技术处 撰稿:臧宏瑛、孙艳辉 点击次数:

  近日,365体育投注多酸与网格材料化学教育部重点实验室臧宏瑛团队与中国科学院长春应用化学研究所段晓征副研究员、阿克伦大学刘天波教授团队合作,通过简单而重要的物理相互作用,提出了一种在高介电常数溶剂中利用多价阳离子三价铁离子、同多酸阴离子簇及硝酸根阴离子建构的复杂相变,即溶液-宏观相分离-凝胶-溶液-宏观相分离的新现象,以无机同多酸簇为基础的丰富相行为扩展了我们对纳米级粒子在溶液中作用规律的认识。

  无机盐与水溶液的作用结果通常表现出简单的相行为,主要包括可溶性(均相)和不可溶性(宏观相分离)的情况。在纳米尺度上,具有大尺寸和多电荷的宏离子可以在一定程度上吸引其周围的反离子,引发更迷人的相行为,如胶体悬浮液、半固态等。通过分子动力学理论分析,确定多价阳离子三价铁离子、七钼酸根阴离子簇及硝酸根阴离子三者在高介电常数溶剂中直接决定上述复杂相变。

图1   {Mo7}与Fe3+体系的相变图

  结合实验探究和分子动力学模拟,由于同多酸簇与三价铁阳离子的适中静电相互作用、反离子介导的吸引力以及继发的同多酸簇的电荷反转,证实枝杈状超分子结构的存在是形成上述凝胶相的根本原因。

图2  分子动力学模拟相变过程

  该研究成果以“Complex phase transitions and phase engineering in the aqueous solution of an isopolyoxometalate cluster” 为题在《Nature Communications》上发表,东北师范大学多酸与网格材料化学教育部重点实验室臧宏瑛、中国科学院长春应用化学研究所段晓征、阿克伦大学刘天波为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金的支持(21871042)。

  臧宏瑛团队依托多酸与网格材料化学教育部重点实验室,长期从事多酸簇合物的合成及离子传导性能研究。前期工作合成了系列具有质子传导功能的簇合物并揭示结构及功能之间的构效关系,相关标志性成果分别发表在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等杂志上,受到多酸领域化学工作者的广泛关注认可,并于2023年获得国家自然基金委优青项目资助。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-38455-z