Secret lives of two elements uncovered
http://www.physorg.com/news112369447.html
October 23, 2007
最近在鈮、鉭二元素間所發現意料之外的差異性，可能導致更有效率的電子材料與光觸媒（photocatalysts）出現。
Sandia 研究者 May Nyman 等人與同事在 Dalton Transactions（由相當於美國 ACS 的英國 Royal Society of Chemistry 所出版的一份無機化學期刊） 10/28 當期的封面故事中報告這些新發現的差異。該篇研究報告亦獲得該期刊網站推薦為「the hottest science」。
鉭氧化物因其在液態媒介中的惰性，被用於醫療移植、低過敏（hypoallergenic）外科工具與容納核廢料的陶器中，Nyman 說。它們能抵抗放射線的破壞，且因它不會在組織當中惡化，故對身體沒有毒性。不過它們會以一種不受控制且令人討厭的方式從溶液當中沈澱出來，因而很難相處。
鈮則比較容易相處，不過因先前並沒有很徹底的了解，故較不活躍。
"鉭與鈮位於週期表上的同一欄，" Nyman 說。"它們的電子配置相關，而它們的離子大小幾乎相同。一般來說，主流觀點是，它們的特性十分相同。它們以那種方式在化學教課書中被描述。不過我們發現，鉭氧化物，比鈮氧化物更加不活潑且較鈮氧化物更不容易溶解 ，而我們想要了解為什麼。"
這種意料之外的差異，再加上一種新的「軟化學（soft chemistry，譯註：指在中、低溫下透過一般化學反應完成材料製備的化學反應思路）」方法，能夠形成包含二者的化合物，表示具有定做特性的新材料可以更容易形成。舊方法稱為「火山方法（volcano method）」，涉及在高溫下將氧化物融化在一起。這樣的 "軟" 方法在今夏由 Nyman 等人發表，涉及到化學技巧而非蠻橫暴力。
為了要探索二種元素之間的差異，Nyman 的小組使用可溶解的 Lindqvist 「團簇（cluster）」離子。（譯註，跟《漢字的故事》的作者同姓）
這種離子由鉭與氧或鈮與氧所組成，而且每個僅包含 25 個原子。這些離子的聚集（collections）可預測且可重複的結構，使得它們比鉭或鈮氧化物表面更適合研究，因為後者較為雜亂。因此該離子是研究表面的一種可能模型 -- 如果它們的行為表現相同的話。"讓我們更驚訝的是，Lindqvist 離子經證明，就其結構特徵與鉭、鈮氧化物表面的化學反應性來說，是一種理想的模型，" 博士後同僚與第一作者 Travis Anderson 指出。
"我們做了這兩種氧化物表面與團簇離子的少數幾項研究之一，在此二者行為均相同，" Nyman 說，"而且這研究揭露了鈮、鉭氧化物行為的空前差異。"
這種差異在於水與二種團簇中氧原子的交換方式，以及這些材料的表面。鉭材料的交換方式讓它不穩定。自我沈澱到一個表面是它穩定化的方式之一。而鈮材料與水反應呈現出穩定的結果，讓它更容易待在溶液中。
了解這些氧化物在水媒介當中的行為可製造出更好的鉭與鈮氧化物材料。
其他作者包括 Sandia 的 Mark A. Rodriguez 與 Todd Alam; Sandia 夏季生 Joel Bixler 來自於 U.T. Austin；以及 the Ecole Centrale de Paris 的 Francois Bonhomme。這項研究在與 Bill Casey，UC Davis 的教授，合作下完成。
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