蛋白质上海设施五线六站用户解析高核稀土团簇结构
时间 : 2017-12-12     

2017128日,国家蛋白质科学研究(上海)设施五线六站用户厦门大学化学化工学院孔祥建教授和龙腊生教授课题组在J. Am. Chem. Soc.杂志在线发表题为“A Gigantic Molecular Wheel of {Gd140}: A New Member of the Molecular Wheel Family”的研究论文,利用阴离子缓释的方法成功制备了包含140个稀土离子的高核稀土团簇Gd140;首次利用高分辨透射电镜在乙醇溶液中观测到高核稀土团簇的存在;并对该复杂体系的磁性进行了实验与理论计算研究。 

 

1(a)(b)(c)分别为Gd140的球棍图、填充图及沿a轴向形成一维纳米孔道堆积图。 

由于具有丰富的分子结构与独特的物理、化学性质,高核稀土团簇受到人们的广泛关注。该课题组近年来在稀土团簇化学领域开展了深入的研究,提出了阴离子缓释及模块单元的组装策略合成高核稀土团簇(Coord. Chem. Rev. 2017, https://doi.org/10.1016/j.ccr.2017.10.023),发展了一种制备单分散金属团簇的简单普适方法(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4532),研究了稀土-过渡金属团簇的单分子磁性 Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 11475)。 

基于前期的研究基础,该课题组利用阴离子缓释的方法制备了包含140个稀土离子的环状高核稀土团簇Gd140,这是目前报道的核数最高的稀土团簇。晶体结构分析发现,该分子是由十个{Gd14} 结构单元相互连接形成巨大的环状结构,表现出十重结构对称性的特征。大环的外径为6.0nm, 内径为3.4nm, 厚度为1.5nm,是目前为止报道的环状团簇中拥有的最大内外径尺寸。同时,该环状稀土团簇相互堆积沿a轴向可以形成规则的一维纳米孔道。 高分辨透射电镜结果表明此大环状结构在乙醇溶液中保持了足够的结构稳定性,这也是第一次在电镜下观测到稀土团簇的存在。另外,该课题组还对该复杂体系的磁性进行了实验与理论计算研究,为后续深入研究类似复杂体系的磁性奠定了基础  

 

2(a)(b)Gd140在高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)下观测到的环形结构;(c)Gd140的磁性实验和理论拟合结果。 

该项工作由厦门大学化学化工学院孔祥建教授和龙腊生教授的指导下完成,厦门大学廖洪刚教授进行了电镜的测试工作,浙江工业大学庄桂林博士对团簇的磁性进行了理论计算。该研究工作得到国家自然科学基金委(21422106, 21371144, 21673184, 21431005, 21390391)、科技部(2014CB845601)和霍英东青年教师基金(151013等相关项目的资助。本课题中的高核稀土团簇由于具有很大的孔道,其结构测试方面存在一定的困难性,国家蛋白质科学研究(上海)设施五线六站BL17B站线为本课题的顺利开展提供了重要的保障,平台管理和服务人员提供了关键的技术支持。 

论文连接:http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.7b11112 

(上海设施提供)