Forskare vid Kyoto Universitys institut för cellmaterialvetenskap har upptäckt en ny klusterförening som kan visa sig användbar som katalysator. Föreningar, kallade polyoxometalater, som innehåller ett stort metalloxidkluster har en negativ laddning. De finns överallt, från antivirala läkemedel till uppladdningsbara batterier och flashminnesenheter.

Den nya klusterföreningen är en hydroxijodid (HSbOI) och är ovanlig, eftersom den har stora, positivt laddade kluster. Endast en handfull sådana positivt laddade klusterföreningar har hittats och studerats.

"Inom vetenskapen kan upptäckten av nytt material eller molekyl skapa en ny vetenskap", säger Kyoto University-kemist Hiroshi Kageyama. "Jag tror att dessa nya positivt laddade kluster har stor potential."

Det första metalloxidklustret upptäcktes 1826. Kemister har sedan dess syntetiserat hundratals föreningar med negativt laddade kluster, som har egenskaper användbara i magnetism, katalys, jonledning, biologiska tillämpningar och kvantinformation. Deras egenskaper gör dem användbara inom olika områden från katalys till medicin och kemisk syntes.

På senare år har forskare fokuserat sin uppmärksamhet på att syntetisera föreningar med positivt laddade kluster och lära sig deras egenskaper.

Kageyama och hans kollega Ryu Abe hittade sitt positiva kluster av en slump. Sedan 2016 har de två forskarna – Kageyama, en fasta tillståndskemist och Abe, en katalytisk kemist – varit på jakt efter att utveckla nya föreningar som kan absorbera synligt ljus för fotokatalys. De studerade en klorhaltig (Sb₄ O₅ Cl₂ ) förening och försöker ersätta kloratomen med jod.

"Men ett nytt material som var helt annorlunda än vad vi förväntade oss fick man av misstag", säger Kageyama.

Vad forskarna förväntade sig var ett material som innehåller 22 atomer i enhetscellen. Det de fick istället var en förening som innehåller 800 atomer i sin enhetscell.

I början kunde forskarna inte reda ut kemikaliens struktur. En traditionell teknik som kallas pulverröntgendiffraktion misslyckades när den stod inför materialets komplexitet. Efter ett år trodde Kageyama att han kunde använda tredimensionell elektrontomografi, en banbrytande elektronmikroskopiteknik som nyligen har uppmärksammats som ett verktyg för att avbilda proteiners struktur. Forskarna kontaktade Artem Abakumov och Joke Hadermann vid universitetet i Antwerpen, Belgien, för att arbeta med strukturen. Och när deras medarbetare skickade tillbaka data var forskarna glada över att se stora kluster.

Ytterligare labbarbete visade att hydroxijodidmolekylen innehöll sura protoner, vilket är viktigt vid katalys.

"Detta fynd kan öppna upp för nya möjligheter i utformningen av solid state-katalysatorer", säger Kageyama.

Deras arbete kommer att publiceras i Science Advances . + Utforska vidare

Mycket ledande antiperovskiter med mjuka anjongitter