Химики создали «атлас» для надежных экспериментов с полиоксометаллатами

Карта стабильности кеплератов. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.aea1910

Полиоксометаллаты (ПОМ) выглядят как крошечные, идеально упорядоченные мандалы — сложные молекулярные каркасы, состоящие из атомов металла и кислорода. Химики создают эти ПОМ в качестве универсальных модельных систем для катализа, хранения энергии и биомедицинских применений. Однако их кажущаяся симметрия может быть обманчивой.

Новое исследование показывает, когда такие структуры остаются неповрежденными, а когда незаметно перестраиваются в жидкостях. Благодаря новым данным и практическим рекомендациям из своей работы исследователи закладывают важную основу для будущих экспериментов.

Исследование, проведенное Ингрид Грегорович, Надией И. Гумеровой и Аннетт Ромпель из Венского университета, опубликовано в журнале Science Advances.

Когда идеальный порядок становится нестабильным

Полиоксометаллаты часто ведут себя в растворе иначе, чем ожидается. Новое исследование показывает, что во многих распространенных лабораторных условиях они либо разлагаются, либо перестраиваются. В результате измерения могут невольно изучать продукты разложения, а не целевые молекулы — это ключевая причина, по которой результаты в катализе, энергетических исследованиях и биомедицине бывает трудно воспроизвести. Химики из Венского университета хотят противодействовать этой проблеме с помощью своих новых открытий.

Исследование сосредоточено на так называемых кеплератах — знаковых молекулярных каркасах, похожих на футбольный мяч, состоящих из десятков атомов металла и кислорода и имеющих размер всего в несколько нанометров. Они служат модельными строительными блоками для реакций и материалов. Команда систематически тестировала их стабильность в зависимости от pH, температуры и распространенных буферных систем.

Результат очевиден: в сильно кислых растворах каркасы остаются неповреждёнными, тогда как при близких к нейтральным значениях pH они быстро реорганизуются в более мелкие единицы. Кеплераты на основе вольфрама оказываются более устойчивыми, чем их молибденовые аналоги — практический совет для экспериментов, где невозможно избежать нейтральных сред.

Дорожная карта для надежной химии

Новая публикация расширяет «Атлас специации», который предоставил первоначальную дорожную карту для 10 широко используемых систем ПОМ. С помощью своего нового исследования Грегорович, Гумерова и Ромпель теперь предлагают удобное для пользователя расширение этого атласа: открытые наборы данных, простые тесты на стабильность и четкие рекомендации о том, какие условия использовать, а каких избегать.

«Наша цель состояла в том, чтобы предоставить руководство для повседневного использования, — говорит Аннетт Ромпель. — Знание того, когда каркасы ПОМ стабильны, а когда нет, экономит время и ресурсы и приводит к более надежным результатам. Расширенный атлас не только сообщает, стабильно ли что-то, но и помогает планировать эксперименты и быстрее воплощать идеи в конкретные результаты».

Открыто делясь своими данными и предлагая конкретные рекомендации, авторы предоставляют ценный инструмент для ученых, которые хотят сделать химию, исследования материалов и биомедицинские применения более воспроизводимыми и эффективными.

Больше информации: Ingrid Gregorovic et al, Speciation atlas of polyoxometalates in aqueous solution (Part II): Molybdenum browns, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.aea1910

Источник: University of Vienna