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合成超原子 打开它们用作元素原子替代品的大门

“超级原子”是一个原子簇的名称,该原子簇似乎表现出与元素原子相似的特性。科学家对超原子结构表现出特别的兴趣,因为它们可以与原子连接以产生分子,并有可能在许多应用中替代某些元素。

但是要使超级原子得到有效利用,必须对它们进行特殊定制,使其与相应元素的特征相似。这种转变取决于所用电子的特定组合。例如,当将具有3个价电子(可有助于化学键形成的外壳电子)的铝原子添加到13号铝的超原子中时,其性能将变为14号铝的超原子。由于超级原子具有这种可修改性,因此研究它们并进一步理解它们非常重要。但是以前的研究主要是理论上的,并且主要集中在单个集群上。研究还不能合成具有足够体积和稳定性的超原子团簇以用于实际应用。

在最近的一项研究中,由东京科技大学和日本ERATO科技公司的科学家在Tetsuya Kambe博士和Kimihisa Yamamoto教授的带领下,在溶液中制造了镓元素簇,以证明改变原子中原子数目的影响。集群上的属性。该小组使用专用的超原子合成器合成了由3、12、13和其他数量原子组成的Ga簇。为了表征和分析合成簇之间的结构差异,捕获了透射电子显微镜图像并使用计算工具进行了计算。

的质谱分析表明,13-和3-原子簇具有superatomic周期性。13原子簇在结构和电化学上均不同于其他簇。但是,具有氢(Ga 3 H 2)的3原子簇被还原为Ga 3 H 2-,并且未被检测到,这表明该簇在溶液介质中合成时稳定性较低。

改变团簇的能力强化了可以在超原子中诱发结构变化的概念。科学家在描述他们的发现的含义时解释说:“这些系列结果表明,可以通过控制组成原子的数量来改变溶液中超原子团簇的价电子。这反过来又可以设计和制备超原子。 ”

这项研究为将来研究超级原子作为元素替代物的研究铺平了道路。正如Kambe博士,Yamamoto教授及其团队重申的那样,“超级原子揭示了一种通过使用团簇结构创建新的构建基块的有吸引力的策略。”

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