Angew. Chem. :光致变色的多铌氧簇:光诱导“D-f-A”电子转移机制

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金属氧簇(polyoxometalates)是基于V, Nb, Ta, Mo和W的最高价态金属离子和氧形成的金属氧合团簇,已经有两个多世纪的研究历史。多金属氧簇的一个重要的性质是其部分金属离子通常能够被还原,形成混合价态物种,通常称为“杂多蓝”(HPBs)。利用化学还原、光照射和电还原等策略,人们已经在空气中实现了多种具有长寿命的VIV/VV、MoV/MoVI和WV/WV混合价态的HPBs。这些HPBs具有优异氧化还原活性,在催化、抗病毒、储能、分子电子学、分子磁学、电致变色和光致变色等方面具有广泛的应用前景。


多铌氧簇(polyoxoniobates, PONbs)具有氧化还原惰性。虽然通过电还原或光激发,多铌氧簇的NbV中心可以部分还原成NbIV,但这些外部刺激终止后立即恢复为NbV。迄今为止,尽管人们仍然未获得长寿命的铌基杂多蓝(Nb-HPBs)。因此,开发一种能在环境条件下形成长期稳定的铌基杂多蓝的新型功能性多铌氧簇的合成策略,对于扩大多铌氧簇的结构化学和应用范围也具有重要意义。


近年来,福州大学的郑寿添课题组(点击查看介绍)在拓展了新型多铌氧簇的分子团簇以及簇基框架合成研究基础上,进一步探索合成富有挑战性的还原态铌基杂多蓝,成功构建了首个在大气环境下稳定的铌基杂多蓝。在这项工作中,研究者利用有机膦酸、稀土离子与多铌酸盐联合协同的反应体系,创建了首例无机-有机杂化的有机膦酸-稀土-PONb复合团簇 (PONb-Ln-RA,如下图1所示)。所获得的复合团簇在光照射后可以形成长寿命的铌基杂多蓝,也代表了一种新的光致变色体系。



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图1

更重要的是,该团队通过精心设计一系列概念验证模型(PONb-Dy-EA,PONb-Lu-RA,PONb-Dy-RA,PONb-Eu-RA,PONb-Yb-RA),通过分析它们的电子构型和光致变色性能,揭示了光诱导电子从光敏有机磷酸盐(D),通过Ln的未占据的4f轨道(f),转移到NbV电子受体(A)的独特D-f-A 电子转移机制(图2)。

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图2

研究者提出这种普适性的合成策略和独特的D-f-A 电子转移机理为设计和合成大量未知的氧化还原型多铌氧酸盐奠定了合成基础,有望开辟刺激响应型智能多铌氧酸盐的未知研究领域,从而扩大多铌氧酸盐在催化、能量转化、材料科学等领域的应用。

文信息

Photochromic Polyoxoniobates with Photoinduced “D-f-A” Electron Transfer Mechanism

Hao Yu, Yu-Diao Lin, Shu-Lin Huang, Prof. Dr. Xin-Xiong Li, Dr. Cai Sun, Prof. Dr. Shou-Tian Zheng

文章的第一作者是福州大学化学学院的博士生虞豪和林玉雕,通讯作者为福州大学的孙财副教授和郑寿添教授。


导师介绍

郑寿添

https://chem.fzu.edu.cn/info/1194/8949.htm

孙财

https://chem.fzu.edu.cn/info/1195/8443.htm


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202302111




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