Химики синтезировали магнитную «молекулярную карусель» из лантана и бора

W.-L. Li et al./ Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018
Химики впервые синтезировали молекулярный кластер со структурой обратного сэндвича, в котором плоское кольцо из восьми атомов бора связывает сразу два атома лантанида. Устойчивые симметричные комплексы с геометрией восьмиугольной бипирамиды удалось синтезировать сразу для двух металлов: лантана и празеодима. В будущем такие кластеры могут использоваться в качестве молекулярных магнитов, пишут ученые в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Известно, что бор способен к образованию очень устойчивых молекулярных кластеров. Это могут быть кластеры, состоящие только из атомов бора, однако более стабильные структуры образуются из атомов бора и водорода (бораны), или атомов бора, водорода и углерода (карбораны). Кроме того, устойчивые кластеры можно получить, связав атома бора с атомами различных металлов. Например, именно в молекулярной структуре, состоящей из атома кобальта и атомов бора, было зафиксировано максимальное для химии координационное число — 16. Этот комплекс имел структуру сэндвича и представлял собой два восьмиугольника из атомов бора, расположенных над и под атомом кобальта.
Для уточнения структуры и физических свойств этих кластеров они были исследованы с помощью квантовохимических расчетов. в результате удалось определить длины связей в наиболее устойчивой конфигурации. Например, для кластера на основе лантана длины связей составили 0,372 нанометра — между двумя атомами металла, 0,276 нанометра — между атомами лантана и бора и 0,156 нанометра — между двумя атомами бора. Для празеодима, радиус которого больше, длины связей — тоже немного больше.
Согласно расчетам, если для иона Ln2B8− характерно небольшое искажение структуры орбиталей за счет эффекта Яна — Теллера, то нейтрально заряженная молекула Ln2B8 должна обладать абсолютно симметричной структурой с двумя (у лантана) или шестью (у празеодима) неспаренными электронами, которые придают кластеру ферромагнитные свойства. По словам авторов работы, в будущем подобные кластеры можно будет использовать для получения молекулярных магнитов или ферромагнитных нанопроводов.
Стоит отметить, что для бора характерно не только образование молекулярных кластерных структур, также из него можно получать устойчивые двумерные структуры. В частности, из бора можно синтезировать борофен — плоские кристаллы с гексагональной структурой, похожие на графен. Впервые двумерные кристаллы из бора были получены еще в 2015 году, а совсем недавно впервые удалось синтезировать и плоский борофен с полностью гексагональной решеткой.
Александр Дубов