I cluster di ossidi metallici ottenuti in questo studio sono caricati positivamente (+) a differenza di quelli convenzionali caricati negativamente (-). I suoi protoni di superficie sono altamente acidi, il che è importante nella catalisi. Credito:Mindy Takamiya/iCeMS dell'Università di Kyoto
Gli scienziati dell'Istituto per le scienze dei materiali cellulari dell'Università di Kyoto hanno scoperto un nuovo composto a grappolo che potrebbe rivelarsi utile come catalizzatore. I composti, chiamati poliossometallati, che contengono un grande cluster di ossido di metallo portano una carica negativa. Si trovano ovunque, dai farmaci antivirali alle batterie ricaricabili e ai dispositivi di memoria flash.
Il nuovo composto a grappolo è un idrossi-ioduro (HSbOI) ed è insolito, poiché ha grandi grappoli carichi positivamente. Solo una manciata di tali composti a grappolo carichi positivamente è stata trovata e studiata.
"Nella scienza, la scoperta di nuovo materiale o molecola può creare una nuova scienza", afferma il chimico dell'Università di Kyoto Hiroshi Kageyama. "Credo che questi nuovi cluster con carica positiva abbiano un grande potenziale."
Il primo cluster di ossido di metallo fu scoperto nel 1826. Da allora i chimici hanno sintetizzato centinaia di composti con cluster carichi negativamente, che hanno proprietà utili nel magnetismo, nella catalisi, nella conduzione ionica, nelle applicazioni biologiche e nell'informazione quantistica. Le loro proprietà li rendono utili in diversi campi dalla catalisi alla medicina e alla sintesi chimica.
In anni più recenti, gli scienziati hanno concentrato la loro attenzione sulla sintesi di composti con cluster carichi positivamente e sull'apprendimento delle loro proprietà.
Kageyama e il suo collega Ryu Abe hanno trovato il loro gruppo positivo per caso. Dal 2016, i due scienziati, Kageyama, un chimico dello stato solido e Abe, un chimico catalitico, sono alla ricerca di nuovi composti in grado di assorbire la luce visibile per la fotocatalisi. Stavano studiando una sostanza contenente cloro (Sb4 O5 Cl2 ) composto e cercando di sostituire l'atomo di cloro con iodio.
"Tuttavia, un nuovo materiale completamente diverso da quello che ci aspettavamo è stato ottenuto per caso", afferma Kageyama.
Quello che gli scienziati si aspettavano era un materiale che contenesse 22 atomi nella cellula unitaria. Invece hanno ottenuto un composto che contiene 800 atomi nella sua cella unitaria.
All'inizio, gli scienziati non sono stati in grado di svelare la struttura della sostanza chimica. Una tecnica tradizionale chiamata diffrazione dei raggi X in polvere non è riuscita di fronte alla complessità del materiale. Dopo un anno, Kageyama pensò di poter utilizzare la tomografia elettronica tridimensionale, una tecnica di microscopia elettronica all'avanguardia che ha recentemente attirato l'attenzione come strumento per visualizzare la struttura delle proteine. Gli scienziati si sono rivolti ad Artem Abakumov e Joke Hadermann dell'Università di Anversa, in Belgio, per lavorare sulla struttura. E quando i loro collaboratori hanno inviato i dati indietro, gli scienziati sono stati entusiasti di vedere ammassi di grandi dimensioni.
Ulteriori lavori di laboratorio hanno mostrato che la molecola di idrossiioduro conteneva protoni acidi, che è importante nella catalisi.
"Questa scoperta potrebbe aprire nuove possibilità nella progettazione di catalizzatori a stato solido", afferma Kageyama.
Il loro lavoro sarà pubblicato su Science Advances . + Esplora ulteriormente
