Поликатионы висмута

Структура Би ²⁺
₈Кластер _{в [Bi 8} ](GaCl ₄ ) ₂ . Длина связей Bi–Bi составляет 3,07 Å. ^{[ 1 ]}

Поликатионы висмута представляют собой многоатомные ионы формулы Bi ^{п +}
_х . Первоначально они наблюдались в растворах металлического висмута в расплавленном хлориде висмута . ^{[ 2 ]} С тех пор было обнаружено, что эти кластеры присутствуют в твердом состоянии, особенно в солях, где тетрахлорид или тетрахлоралюминат германия служат противоанионами, а также в аморфных фазах, таких как стекла и гели . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Висмут наделяет материалы множеством интересных оптических свойств, которые можно регулировать путем изменения материала основы. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} Часто встречающиеся структуры включают тригональную бипирамидальную структуру Bi. ³⁺
₅ кластер, октаэдрический Bi ²⁺
₆ кластер, квадратный антипризматический Bi ²⁺
₈ кластер и трехглавый тригонально-призматический Bi ⁵⁺
₉ кластер.

Известные материалы

Кристаллический

Би ₅ (AlCl ₄ ) ₃^{[ 10 ]}
Би ₈ (AlCl ₄ ) ₂^{[ 10 ]}
Би ₅ (GaCl ₄ ) ₃^{[ 1 ]}
Би ₈ (GaCl ₄ ) ₂^{[ 1 ]}

Металлические комплексы

[CuBi ₈ ][AlCl ₄ ] ₃^{[ 12 ]}
[Ру(Би ₈ ) ₂ ] ⁶⁺^{[ 13 ]}
[Ru ₂ Bi ₁₄ Br ₄ ][AlCl ₄ ] ₄^{[ 13 ]}

Структура и связь

Поликатионы висмута образуются, несмотря на то, что они обладают меньшим количеством валентных электронов, чем казалось бы необходимым для количества сигма-связей . Формы этих кластеров обычно определяются правилами Уэйда , которые основаны на рассмотрении электронной структуры как делокализованных молекулярных орбиталей . В некоторых случаях связь также можно описать трехцентровыми двухэлектронными связями , например Bi ³⁺
₅ кластер. Было обнаружено, что кластеры висмута действуют как лиганды меди. ^{[ 14 ]} и рутений ^{[ 15 ]} ионы. Такое поведение возможно из-за довольно инертных неподеленных пар на каждом висмуте, которые возникают в основном из s-орбиталей, оставшихся вне связи Bi-Bi.

Оптические свойства

Разнообразие электронодефицитных сигма-ароматических кластеров, образованных висмутом, обусловливает широкий спектр спектроскопического поведения. Особый интерес представляют системы, способные к низкоэнергетическим электронным переходам, поскольку они продемонстрировали потенциал в качестве излучателей ближнего инфракрасного диапазона. Именно склонность электронодефицитного висмута образовывать сигма-делокализованные кластеры с небольшими зазорами HOMO/LUMO приводит к излучению в ближнем инфракрасном диапазоне. Это свойство делает эти виды потенциально ценными для области оптической томографии ближнего инфракрасного диапазона , которая использует окно ближнего инфракрасного диапазона в биологических тканях . ^{[ 11 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Линдсё, Андреас Фишер, Мартин; Клоо, Ларс (1 февраля 2005 г.). «Усовершенствование и понимание изоляции поликатионов висмута из раствора бензола - определение монокристаллической структуры Bi ₈ [GaCl ₄ ] ₂ и Bi ₅ [GaCl ₄ ] ₃ ». Европейский журнал неорганической химии . 2005 (4): 670–675. дои : 10.1002/ejic.200400466 . ISSN 1099-0682 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Дэй, Грэм; Глейзер, Райнер; Симомура, Нориюки; Такамуку, Ацуши; Итикава, Кадзухико (17 марта 2000 г.). «Электронные возбуждения в гомополиатомных катионах висмута: спектроскопические измерения в расплавленных солях и исследование ab initio CI-Singles». Химия – Европейский журнал . 6 (6): 1078–1086. doi : 10.1002/(sici)1521-3765(20000317)6:6<1078::aid-chem1078>3.0.co;2-r . ISSN 1521-3765 . ПМИД 10785828 .
^ Фудзимото, Ясуси; Накацука, Масахиро (март 2001 г.). «Инфракрасная люминесценция кварцевого стекла, легированного висмутом» . Японский журнал прикладной физики . 40 (Часть 2, № 3Б): Л279–Л281. Бибкод : 2001JaJAP..40L.279F . дои : 10.1143/jjap.40.l279 . ISSN 1347-4065 . S2CID 250811099 .
^ Dianov, Evgenii M.; Dvoyrin, V. V.; Mashinsky, V. M.; Umnikov, A. A.; Yashkov, M. V.; Gur'yanov, A. N. (2005). "CW bismuth fibre laser". Quantum Electronics . 35 (12): 1083–1084. Bibcode : 2005QuEle..35.1083D . doi : 10.1070/qe2005v035n12abeh013092 . S2CID 250774487 .
^ Чжоу, Шифэн; Цзян, Нань; Чжу, Бин; Ян, Хученг; Да, Сун; Лакшминараяна, Гандхам; Хао, Цзяньхуа; Цю, Цзяньжун (9 мая 2008 г.). «Многофункциональное нанопористое кварцевое стекло, легированное висмутом: от сине-зеленых, оранжевых, красных и белых источников света до сверхширокополосных инфракрасных усилителей». Передовые функциональные материалы . 18 (9): 1407–1413. дои : 10.1002/adfm.200701290 . HDL : 10397/21390 . ISSN 1616-3028 . S2CID 136501137 .
^ Раздобреев Игорь; Эль-Хамзауи, Хишам; Бауманс, Жеро; Буазауи, Мохамед; Арион, Владимир Б. (01 февраля 2012 г.). «Фотолюминесценция золь-гель-заготовки кварцевого волокна, легированной висмутсодержащим гетеротрехъядерным комплексом» . Оптические материалы Экспресс . 2 (2): 205–213. Бибкод : 2012OMExp...2..205R . дои : 10.1364/ome.2.000205 . ISSN 2159-3930 .
^ Сунь, Хун-Тао; Ян, Цзюньцзе; Фудзи, Минору; Сакка, Ёсио; Чжу, Юфан; Асахара, Такаюки; Сирахата, Наото; II, Масааки; Бай, Чжэньхуа (17 января 2011 г.). «Высокофлуоресцентные алюмосиликатные наночастицы, легированные висмутом и покрытые кремнеземом, для биовизуализации в ближнем инфракрасном диапазоне». Маленький 7 (2): 199–203. дои : 10.1002/smll.201001011 . ISSN 1613-6829 . ПМИД 21213381 .
^ Цао, Ренпин; Чжэн, Цзяюй; Цю, Цзянжун, Циньюань (30 июля 2012 г.) «Сверхширокая инфракрасная люминесценция от клозо-дельтаэдрического би» . ³⁺
₅ кластер в Bi ₅ (GaCl ₄ ) ₃ " . Optics Express . 20 (16): 18505–18514. Bibcode : 2012OExpr..2018505C . doi : 10.1364/oe.20.018505 . ISSN 1094-4087 . PMID 23038400 .
^ Сунь, Хун-Тао; Сюй, Бэйбэй; Ёнезава, Тецу; Сакка, Ёсио; Сирахата, Наото; Фуджи, Минору; Цю, Цзяньжун; Гао, Хун (28 августа 2012 г.). «Фотолюминесценция молекулярного кристалла Bi ₅ (GaCl ₄ ) ₃ ». Транзакции Далтона . 41 (36): 11055–61. arXiv : 1205.6889 . дои : 10.1039/c2dt31167d . ISSN 1477-9234 . ПМИД 22864825 . S2CID 19202220 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Сунь, Хун-Тао; Сакка, Ёсио; Сирахата, Наото; Гао, Хун; Ёнезава, Тецу (6 июня 2012 г.). «Экспериментальные и теоретические исследования фотолюминесценции Bi ²⁺
₈ и Би ³⁺
_5, стабилизированный [AlCl ₄ ] ⁻ в молекулярных кристаллах». Journal of Materials Chemistry . 22 (25): 12837. arXiv : 1202.5395 . doi : 10.1039/c2jm30251a . ISSN 1364-5501 . S2CID 95074461 .
^ Jump up to: ^а ^б Сунь, Хун-Тао; Чжоу, Цзяцзя; Цю, Цзяньжун (2014). «Последние достижения в области фотонных материалов, активированных висмутом». Прогресс в материаловедении . 64 : 1–72. дои : 10.1016/j.pmatsci.2014.02.002 .
^ Коу, CY; Чжуан, Л.; Ван, GQ; Кюи, Х.; Юань, Гонконг; Тянь, CL; Ван, JZ; Чен, Х. (27 октября 2015 г.). "[TM ₁₃ @Bi ₂₀ ] ⁻ кластеры в трехоболочковой структуре икосаэдрической матрешки: бытие как суператомы». RSC Advances . 5 (112): 92134–92143. Bibcode : 2015RSCAd…592134K . doi : 10.1039/c5ra19194g . ISSN 2046-2069 .
^ Jump up to: ^а ^б Groh, Matthias F.; Isaeva, Anna; Frey, Christoph; Ruck, Michael (2013-11-01). "[Ru(Bi ₈) ₂] ⁶⁺ – Кластер в сильно неупорядоченной кристаллической структуре – ключ к пониманию координационной химии поликатионов висмута». Журнал неорганической и общей химии . 639 (14): 2401–2405. doi : 10.1002/zaac.201300377 . ISSN 1521 -3749 .
^ Книс, Максимилиан; Кайзер, Мартин; Исаева, Анна; Мюллер, Ульрике; Доерт, Томас; Рак, Майкл (2018). «Интерметаллоидный кластерный катион (CuBi ₈ ) ³⁺". Химия – Европейский журнал . 24 (1): 127–132. doi : 10.1002/chem.201703916 . ISSN 1521-3765 . PMID 28977714 .
^ Groh, Matthias F.; Isaeva, Anna; Frey, Christoph; Ruck, Michael (2013-11-01). "[Ru(Bi ₈) ₂] ⁶⁺ – Кластер в сильно неупорядоченной кристаллической структуре – ключ к пониманию координационной химии поликатионов висмута». Журнал неорганической и общей химии . 639 (14): 2401–2405. doi : 10.1002/zaac.201300377 . ISSN 1521 -3749 .

[:2-1] Jump up to: ^а ^б ^с Линдсё, Андреас Фишер, Мартин; Клоо, Ларс (1 февраля 2005 г.). «Усовершенствование и понимание изоляции поликатионов висмута из раствора бензола - определение монокристаллической структуры Bi ₈ [GaCl ₄ ] ₂ и Bi ₅ [GaCl ₄ ] ₃ ». Европейский журнал неорганической химии . 2005 (4): 670–675. дои : 10.1002/ejic.200400466 . ISSN 1099-0682 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[2] Дэй, Грэм; Глейзер, Райнер; Симомура, Нориюки; Такамуку, Ацуши; Итикава, Кадзухико (17 марта 2000 г.). «Электронные возбуждения в гомополиатомных катионах висмута: спектроскопические измерения в расплавленных солях и исследование ab initio CI-Singles». Химия – Европейский журнал . 6 (6): 1078–1086. doi : 10.1002/(sici)1521-3765(20000317)6:6<1078::aid-chem1078>3.0.co;2-r . ISSN 1521-3765 . ПМИД 10785828 .

[3] Фудзимото, Ясуси; Накацука, Масахиро (март 2001 г.). «Инфракрасная люминесценция кварцевого стекла, легированного висмутом» . Японский журнал прикладной физики . 40 (Часть 2, № 3Б): Л279–Л281. Бибкод : 2001JaJAP..40L.279F . дои : 10.1143/jjap.40.l279 . ISSN 1347-4065 . S2CID 250811099 .

[4] Dianov, Evgenii M.; Dvoyrin, V. V.; Mashinsky, V. M.; Umnikov, A. A.; Yashkov, M. V.; Gur'yanov, A. N. (2005). "CW bismuth fibre laser". Quantum Electronics . 35 (12): 1083–1084. Bibcode : 2005QuEle..35.1083D . doi : 10.1070/qe2005v035n12abeh013092 . S2CID 250774487 .

[5] Чжоу, Шифэн; Цзян, Нань; Чжу, Бин; Ян, Хученг; Да, Сун; Лакшминараяна, Гандхам; Хао, Цзяньхуа; Цю, Цзяньжун (9 мая 2008 г.). «Многофункциональное нанопористое кварцевое стекло, легированное висмутом: от сине-зеленых, оранжевых, красных и белых источников света до сверхширокополосных инфракрасных усилителей». Передовые функциональные материалы . 18 (9): 1407–1413. дои : 10.1002/adfm.200701290 . HDL : 10397/21390 . ISSN 1616-3028 . S2CID 136501137 .

[6] Раздобреев Игорь; Эль-Хамзауи, Хишам; Бауманс, Жеро; Буазауи, Мохамед; Арион, Владимир Б. (01 февраля 2012 г.). «Фотолюминесценция золь-гель-заготовки кварцевого волокна, легированной висмутсодержащим гетеротрехъядерным комплексом» . Оптические материалы Экспресс . 2 (2): 205–213. Бибкод : 2012OMExp...2..205R . дои : 10.1364/ome.2.000205 . ISSN 2159-3930 .

[7] Сунь, Хун-Тао; Ян, Цзюньцзе; Фудзи, Минору; Сакка, Ёсио; Чжу, Юфан; Асахара, Такаюки; Сирахата, Наото; II, Масааки; Бай, Чжэньхуа (17 января 2011 г.). «Высокофлуоресцентные алюмосиликатные наночастицы, легированные висмутом и покрытые кремнеземом, для биовизуализации в ближнем инфракрасном диапазоне». Маленький 7 (2): 199–203. дои : 10.1002/smll.201001011 . ISSN 1613-6829 . ПМИД 21213381 .

[8] Цао, Ренпин; Чжэн, Цзяюй; Цю, Цзянжун, Циньюань (30 июля 2012 г.) «Сверхширокая инфракрасная люминесценция от клозо-дельтаэдрического би» . ³⁺
₅ кластер в Bi ₅ (GaCl ₄ ) ₃ " . Optics Express . 20 (16): 18505–18514. Bibcode : 2012OExpr..2018505C . doi : 10.1364/oe.20.018505 . ISSN 1094-4087 . PMID 23038400 .

[9] Сунь, Хун-Тао; Сюй, Бэйбэй; Ёнезава, Тецу; Сакка, Ёсио; Сирахата, Наото; Фуджи, Минору; Цю, Цзяньжун; Гао, Хун (28 августа 2012 г.). «Фотолюминесценция молекулярного кристалла Bi ₅ (GaCl ₄ ) ₃ ». Транзакции Далтона . 41 (36): 11055–61. arXiv : 1205.6889 . дои : 10.1039/c2dt31167d . ISSN 1477-9234 . ПМИД 22864825 . S2CID 19202220 .

[:1-10] Jump up to: ^а ^б ^с Сунь, Хун-Тао; Сакка, Ёсио; Сирахата, Наото; Гао, Хун; Ёнезава, Тецу (6 июня 2012 г.). «Экспериментальные и теоретические исследования фотолюминесценции Bi ²⁺
₈ и Би ³⁺
_5, стабилизированный [AlCl ₄ ] ⁻ в молекулярных кристаллах». Journal of Materials Chemistry . 22 (25): 12837. arXiv : 1202.5395 . doi : 10.1039/c2jm30251a . ISSN 1364-5501 . S2CID 95074461 .

[:0-11] Jump up to: ^а ^б Сунь, Хун-Тао; Чжоу, Цзяцзя; Цю, Цзяньжун (2014). «Последние достижения в области фотонных материалов, активированных висмутом». Прогресс в материаловедении . 64 : 1–72. дои : 10.1016/j.pmatsci.2014.02.002 .

[12] Коу, CY; Чжуан, Л.; Ван, GQ; Кюи, Х.; Юань, Гонконг; Тянь, CL; Ван, JZ; Чен, Х. (27 октября 2015 г.). "[TM ₁₃ @Bi ₂₀ ] ⁻ кластеры в трехоболочковой структуре икосаэдрической матрешки: бытие как суператомы». RSC Advances . 5 (112): 92134–92143. Bibcode : 2015RSCAd…592134K . doi : 10.1039/c5ra19194g . ISSN 2046-2069 .

[:3-13] Jump up to: ^а ^б Groh, Matthias F.; Isaeva, Anna; Frey, Christoph; Ruck, Michael (2013-11-01). "[Ru(Bi ₈) ₂] ⁶⁺ – Кластер в сильно неупорядоченной кристаллической структуре – ключ к пониманию координационной химии поликатионов висмута». Журнал неорганической и общей химии . 639 (14): 2401–2405. doi : 10.1002/zaac.201300377 . ISSN 1521 -3749 .

[14] Книс, Максимилиан; Кайзер, Мартин; Исаева, Анна; Мюллер, Ульрике; Доерт, Томас; Рак, Майкл (2018). «Интерметаллоидный кластерный катион (CuBi ₈ ) ³⁺". Химия – Европейский журнал . 24 (1): 127–132. doi : 10.1002/chem.201703916 . ISSN 1521-3765 . PMID 28977714 .

[15] Groh, Matthias F.; Isaeva, Anna; Frey, Christoph; Ruck, Michael (2013-11-01). "[Ru(Bi ₈) ₂] ⁶⁺ – Кластер в сильно неупорядоченной кристаллической структуре – ключ к пониманию координационной химии поликатионов висмута». Журнал неорганической и общей химии . 639 (14): 2401–2405. doi : 10.1002/zaac.201300377 . ISSN 1521 -3749 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]