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PNAS:美发现认识元素周期表的新视角

  “美国国家科学院学报”:美丽发现了解元素周期表的新视角

  金属铅转化为金可能永远是一个神话,但其类似的“炼金术”不仅可能,而且相当便宜。最近,宾夕法尼亚大学的三位研究人员发表了一篇文章,他们发现,一些元素原子组合显示的电子特征与其他元素的电子特征相似。研究小组负责人艾伯特·卡斯尔曼教授说,这一发现有望帮助人们获得在新能源,环境治理和催化剂领域广泛使用的廉价材料。研究人员还向人们表示,在完成的原子合成研究中,他们所验证的原子仅仅通过查看元素周期表就可以预测。该团队使用先进的实验和理论来量化这些新的和意想不到的发现。卡斯特曼教授认为,他们在周期表上创造了一个新的视角。相关研究成果发表在近日美国“国家科学院”(PNAS)网站上。由另外两名成员领导的卡斯尔曼研究小组是塞缪尔文化尼克·帕克和达萨·拉古纳诺维奇·斯特恩。彭比尼是宾夕法尼亚大学的研究生,现在是西北太平洋国家实验室的博士后;冈纳特伦特仍然是宾夕法尼亚大学的研究生。在他们的研究中,他们用光电子成像光谱分析了一氧化钛和金属镍,一氧化锆和金属钯以及碳化钨和铂之间的相似性。卡斯尔曼解释说:“光电子能谱仪测量从一个原子或分子从各种能量状态移动(或移除)电子所需的能量,同时使用电子相机去除电子。这一步使我们能够理解电子的结合能和观察电子在离开原子之前所处的电子轨道的自然状态。我们已经发现从一氧化钛分子中除去电子所需要的电子能量与去除电子所需的能量相同镍原子,如锆和钯以及钨和铂的情况。这三对物质的关键在于它们具有等电子结构,也就是说,它们之间具有相同的(外)电子排列。 “他强调这里的一个等电极主要指的是一个原子或分子外层的电子数量,研究团队研究的这三对材料看起来类似于电子从外层去除时释放的能量亮点图中还显示两种物质之间的能量峰是相似的,相同的理论计算表明它们的能级也匹配,Castman解释说,一氧化钛,锆氧化物和碳化钨分别是金属镍,金属钯和铂的“超原子”,所谓的“超原子”是具有一定的元素原子特性的原子簇,Castman实验室进行的一个实验过去涉及超越概念的研究。其中一个实验表明,13个金属铝原子团簇的行为像一个碘原子和一个电子被添加到铝原子系统,其性能就像一个稀有的气体原子。进一步研究发现,由14个铝原子组成的原子团在活性上与碱金属原子相当。卡斯尔曼的新研究旨在将超级原子的想法提高到一个新的水平,为量子化超原子的概念提供一个坚实的基础。他说:“看起来我们可以预测哪些元素原子组合模拟其他元素原子,例如通过查看元素周期表,你可以推测,一氧化钛是镍的超级原子,”他说,有4钛原子外层的电子和原子氧外层的6电子。在元素周期表中,钛元素向右移动6个元素,即镍。镍原子的外层有10个电子,分子外层的电子数与钛和氧结合的电子数是相同的,我们认为这个发现确实是一个不可思议的巧合,所以我们试图用它来理解其他原子,但发现相同的模式。 “卡斯特曼说,他不知道这样的法律是否适合整个元素周期表的所有元素,或者法律是否只适合表格中的一些元素,目前他和研究小组的成员正在忙于过渡金属元素的分析,未来,他们计划研究超原子是否具有与其相应的基本原子相似的化学性质,对于新的研究,卡斯特曼说:“铂被广泛应用于汽车催化转换器,但它是非常昂贵。相反,相应的碳化钨价格便宜。如果汽车催化转化器制造商可以使用碳化钨代替铂金,那么可以节省大量的金钱。另外,在一些内部燃烧过程中使用的金属钯有望被廉价的氧化锆所取代。我们从科学研究进步和两个视角的实际应用,都非常令人兴奋。 “结果

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