Een onderzoeksteam onder leiding van professor Chi-Ming Che en Dr. Jun Yang, van de Research Division for Chemistry en Department of Chemistry aan de Faculteit Wetenschappen van de Universiteit van Hong Kong, heeft een al lang bestaand fundamenteel probleem opgelost op het gebied van metaal-metaal gesloten-schaal interactie. Dit werk is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences (PNAS) .

Metaal-metaal interactie met gesloten schaal, ook bekend als metalofiliciteit, heeft een enorme impact op diverse gebieden van de chemie, zoals supramoleculaire chemie en organometaalchemie. Vroege rapporten over metalofiliciteit kunnen worden teruggevoerd tot de jaren zeventig. Veel vooraanstaande theoretische chemici over de hele wereld hebben bijdragen geleverd in het veld, zoals Roald Hoffmann (1981 Nobelprijswinnaar in de chemie), Pekka Pyykkӧ, enz.. Metallofiliciteit is belangrijk bij de fabricage van zelfassemblages door overgangsmetaalcomplexen, die diepgaande toepassingen in organische halfgeleiders heeft aangetoond, bio-sensing en functionele opto-elektronische materialen.

Verder gaan dan conventionele wijsheid

De term "metallofiliciteit" is afkomstig uit Europa en is op grote schaal door chemici gebruikt als een leidend principe in moleculaire ontwerpstudies en om de spectroscopische eigenschappen van overgangsmetaalcomplexen te rationaliseren. Tot nu toe, de algemene consensus van metalofilie in de academische gemeenschap is "aantrekkelijk, " die is bedacht om te komen van orbitale hybridisatie en / of relativistisch effect van een zwaar metaalatoom, zoals goud of platina (3e rij metaal in de elementaire tafel). Samen met Professor Che en Dr. Yang, Postdoctoraal onderzoeker Dr. Qingyun Wan en collega's trokken de conventionele wijsheid van coördinatiechemici in twijfel, concluderen dat de metalofiliciteit geen aantrekkelijke interactie is in organometaalcomplex, maar is eigenlijk weerzinwekkend van aard vanwege de sterke afstoting van M-M' Pauli.

Ze voerden een gecombineerd theoretisch en experimenteel onderzoek uit naar metallofilie en observeerden sterke M-M' Pauli-afstoting in organometaalcomplexen met elektronische configuraties met gesloten schil, die een nieuw theoretisch perspectief zal bieden op de mogelijkheid om nieuwe supramoleculaire materialen te maken met goedkope aardovervloedige overgangsmetaalcomplexen, zoals die van palladium of zilver of nikkel (1e of 2e rij metalen in de elementaire tabel). Het is ook een cruciale prestatie in het fundamentele begrip van zwakke intermoleculaire interacties.

Achtergrond en prestatie

In de microwereld van kleine moleculen, er zijn veel soorten interacties. Metallofiliciteit beschrijft de interactie tussen metaalatomen als elektronische configuraties met een gesloten schaal. In het begin van de jaren zeventig, scheikundigen observeerden een interessant fenomeen dat twee metaalatomen met een gesloten schaal een korte metaal-metaalafstand konden vormen. Er werd een speciale "attractie" voorgesteld tussen twee metaalatomen, twee metaalatomen duwend die dichtbij komen. Er zijn veel theoretische modellen opgesteld om een ​​dergelijke gehechtheid te verklaren, zoals het model van orbitale hybridisatie of het relativistische effect van het zware metaal. Echter, deze theoretische modellen zijn in strijd met enkele experimentele waarnemingen, zoals de relatief kortere Ag-Ag-afstand in Ag-complexen in vergelijking met de Au-Au-afstand in de Au-analogen. Dus, dit probleem is lange tijd controversieel gebleven en heeft anorganische en theoretische chemici altijd geplaagd.

De onderzoekers van de HKU gebruikten geavanceerde rekenmethoden en experimentele technieken om zo'n moeilijk probleem te onderzoeken, en bewees dat de metallofiliciteit afstotelijk van aard is vanwege de sterke M-M' Pauli-afstoting. Ze concludeerden dat orbitale hybridisatie en relativistisch effect de metaal-metaal Pauli-afstoting zouden versterken bij het vormen van een nauw metaal-metaalcontact. Intermoleculaire dispersie en elektrostatische interactie zullen de metaal-metaalafstoting compenseren, wat leidt tot een korte metaal-metaal afstand. Dit theoretische model zou goed kunnen verklaren waarom de Ag-Ag-afstand korter is dan de Au-Au-afstand, vanwege een zwakkere Ag-Ag Pauli-afstoting die wordt veroorzaakt door minder orbitale hybridisatie in het Ag-complex.

Volgens een conservatieve schatting het waren er meer dan 5, 000 artikelen gepubliceerd in de literatuur hadden betrekking op "aantrekkelijke metallofiliciteit". De verklaring van "afstotelijke metallofiliciteit" wordt voor het eerst voorgesteld door het onderzoeksteam in hun recente PNAS-publicatie. Dit werk werd ook erkend door professor Harry Gray in Caltech, die in 2004 de Wolf Prize in Chemistry ontving, een van de meest eervolle onderscheidingen in het veld.