稀土元素最高氧化態(tài)研究取得重要進(jìn)展
我系李雋教授課題組與復(fù)旦大學(xué)周鳴飛教授課題組，在稀土元素最高氧化態(tài)研究方面取得了重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)稀土元素可以達(dá)到前所未有的+V氧化態(tài)。相關(guān)成果發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. 和Chem. Sci. 上。我系博士后胡淑賢博士是論文的第一作者。
作為化學(xué)科學(xué)中最重要的基本概念之一，氧化態(tài)與化學(xué)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，也是門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律的基礎(chǔ) 。一直以來(lái)，元素周期表中化學(xué)元素穩(wěn)定存在的最高氧化態(tài)為+VIII，2014年周鳴飛和李雋課題組等合作首次確認(rèn)了過(guò)渡金屬銥可以形成+IX價(jià)態(tài)化合物（Nature, 2014, 514, 475）。在此工作基礎(chǔ)上，他們瞄準(zhǔn)f-區(qū)元素的最高氧化態(tài)開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。
由于鑭系等稀土金屬元素的4f價(jià)軌道強(qiáng)烈收縮，導(dǎo)致其很難形成高氧化態(tài)化合物。常見(jiàn)的鑭系元素氧化價(jià)態(tài)為+II和+III，只有Ce, Pr, Nd, Tb和Dy存在+IV價(jià)態(tài)。從上個(gè)世紀(jì)30年代開(kāi)始，就有尋求＋V氧化態(tài)稀土元素化合物的努力，均未能成功。最近，周鳴飛課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了PrO2+離子以及PrO4和NPrO等中性分子的紅外振動(dòng)光譜，李雋課題組通過(guò)相對(duì)論量子化學(xué)理論研究證實(shí)了其中的Pr處于+V價(jià)態(tài)，從而首次確認(rèn)了稀土金屬元素在化學(xué)條件下的最高氧化態(tài)。這一成果對(duì)稀土金屬氧化態(tài)的拓展及f-區(qū)元素化學(xué)鍵的理解具有重要科學(xué)意義，也為進(jìn)一步宏觀合成該類高氧化態(tài)稀土化合物及其在材料和化學(xué)體系中的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。美國(guó)化學(xué)會(huì)Inorg. Chem.雜志2016年稀土化學(xué)?？蛟u(píng)中對(duì)這一發(fā)現(xiàn)作了亮點(diǎn)評(píng)論, 歐洲Chemistry Views及我國(guó)基金委網(wǎng)站也對(duì)此項(xiàng)研究進(jìn)行了報(bào)道。
圖1. 首次發(fā)現(xiàn)的五價(jià)稀土化合物: PrVO2(O2)和NPrVO
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