Wetenschappers van het Institute for Cell-Material Sciences van de Universiteit van Kyoto hebben een nieuwe clusterverbinding ontdekt die nuttig zou kunnen zijn als katalysator. Verbindingen, polyoxometalaten genaamd, die een grote metaaloxidecluster bevatten, dragen een negatieve lading. Ze zijn overal te vinden, van antivirale medicijnen tot oplaadbare batterijen en flashgeheugenapparaten.

De nieuwe clusterverbinding is een hydroxy-jodide (HSbOI) en is ongebruikelijk, omdat het grote, positief geladen clusters heeft. Er zijn slechts een handvol van dergelijke positief geladen clusterverbindingen gevonden en bestudeerd.

"In de wetenschap kan de ontdekking van nieuw materiaal of molecuul een nieuwe wetenschap creëren", zegt Hiroshi Kageyama, chemicus van de Universiteit van Kyoto. "Ik geloof dat deze nieuwe positief geladen clusters een groot potentieel hebben."

De eerste metaaloxidecluster werd ontdekt in 1826. Chemici hebben sindsdien honderden verbindingen gesynthetiseerd met negatief geladen clusters, die eigenschappen hebben die nuttig zijn bij magnetisme, katalyse, iongeleiding, biologische toepassingen en kwantuminformatie. Hun eigenschappen maken ze bruikbaar op diverse gebieden, van katalyse tot medicijnen en chemische synthese.

In meer recente jaren hebben wetenschappers hun aandacht gericht op het synthetiseren van verbindingen met positief geladen clusters en het leren van hun eigenschappen.

Kageyama en zijn collega Ryu Abe vonden per ongeluk hun positieve cluster. Sinds 2016 zijn de twee wetenschappers - Kageyama, een vastestofchemicus en Abe, een katalytisch chemicus - op zoek naar nieuwe verbindingen die zichtbaar licht kunnen absorberen voor fotokatalyse. Ze bestudeerden een chloorhoudende (Sb₄ O₅ Cl₂ ) verbinding en proberen het chlooratoom te vervangen door jodium.

"Echter, een nieuw materiaal dat totaal anders was dan we hadden verwacht, werd per ongeluk verkregen", zegt Kageyama.

Wat de wetenschappers verwachtten, was een materiaal dat 22 atomen in de eenheidscel bevat. In plaats daarvan kregen ze een verbinding die 800 atomen in zijn eenheidscel bevat.

In het begin konden de wetenschappers de structuur van de chemische stof niet ontrafelen. Een traditionele techniek die poederröntgendiffractie wordt genoemd, mislukte vanwege de complexiteit van het materiaal. Na een jaar dacht Kageyama dat hij driedimensionale elektronentomografie kon gebruiken, een geavanceerde elektronenmicroscopietechniek die de laatste tijd de aandacht heeft getrokken als een hulpmiddel om de structuur van eiwitten in beeld te brengen. De wetenschappers benaderden Artem Abakumov en Joke Hadermann van de Universiteit Antwerpen, België, om aan de structuur te werken. En toen hun medewerkers de gegevens terugstuurden, waren de wetenschappers dolblij toen ze grote clusters zagen.

Verder laboratoriumwerk toonde aan dat het hydroxyjodidemolecuul zure protonen bevat, wat belangrijk is bij katalyse.

"Deze bevinding kan nieuwe mogelijkheden bieden voor het ontwerp van vastestofkatalysatoren", zegt Kageyama.

Hun werk zal worden gepubliceerd in Science Advances . + Verder verkennen

Sterk geleidende antiperovskieten met zachte anionroosters