近日，我校多酸與網(wǎng)格材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室臧宏瑛團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所段曉征副研究員、阿克倫大學(xué)劉天波教授團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)簡(jiǎn)單而重要的物理相互作用，提出了一種在高介電常數(shù)溶劑中利用多價(jià)陽(yáng)離子三價(jià)鐵離子、同多酸陰離子簇及硝酸根陰離子建構(gòu)的復(fù)雜相變，即溶液-宏觀(guān)相分離-凝膠-溶液-宏觀(guān)相分離的新現(xiàn)象，以無(wú)機(jī)同多酸簇為基礎(chǔ)的豐富相行為擴(kuò)展了我們對(duì)納米級(jí)粒子在溶液中作用規(guī)律的認(rèn)識(shí)。
無(wú)機(jī)鹽與水溶液的作用結(jié)果通常表現(xiàn)出簡(jiǎn)單的相行為，主要包括可溶性（均相）和不可溶性（宏觀(guān)相分離）的情況。在納米尺度上，具有大尺寸和多電荷的宏離子可以在一定程度上吸引其周?chē)姆措x子，引發(fā)更迷人的相行為，如膠體懸浮液、半固態(tài)等。通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)理論分析，確定多價(jià)陽(yáng)離子三價(jià)鐵離子、七鉬酸根陰離子簇及硝酸根陰離子三者在高介電常數(shù)溶劑中直接決定上述復(fù)雜相變。
圖1 {Mo7}與Fe3+體系的相變圖
結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究和分子動(dòng)力學(xué)模擬，由于同多酸簇與三價(jià)鐵陽(yáng)離子的適中靜電相互作用、反離子介導(dǎo)的吸引力以及繼發(fā)的同多酸簇的電荷反轉(zhuǎn)，證實(shí)枝杈狀超分子結(jié)構(gòu)的存在是形成上述凝膠相的根本原因。
圖2 分子動(dòng)力學(xué)模擬相變過(guò)程
該研究成果以“Complex phase transitions and phase engineering in the aqueous solution of an isopolyoxometalate cluster” 為題在《Nature Communications》上發(fā)表，東北師范大學(xué)多酸與網(wǎng)格材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室臧宏瑛、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所段曉征、阿克倫大學(xué)劉天波為共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持（21871042）。
臧宏瑛團(tuán)隊(duì)依托多酸與網(wǎng)格材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)期從事多酸簇合物的合成及離子傳導(dǎo)性能研究。前期工作合成了系列具有質(zhì)子傳導(dǎo)功能的簇合物并揭示結(jié)構(gòu)及功能之間的構(gòu)效關(guān)系，相關(guān)標(biāo)志性成果分別發(fā)表在A(yíng)ngew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc.等雜志上，受到多酸領(lǐng)域化學(xué)工作者的廣泛關(guān)注認(rèn)可，并于2023年獲得國(guó)家自然基金委優(yōu)青項(xiàng)目資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38455-z
