ビスマス–魔法の要素

特集号

この記事は、ビスマス-魔法の要素特集号の一部です。

ビスマスの特殊文字は、過去25年間で本当に評価されてきました。 その前に、この元素の化学的研究は、その対応するビスマス酸塩を含むハロゲン化物とカルコゲナイドの酸塩基および固体化学に対処するなど、主に伝統的な無機的側面に関連していた。 その作業は、いくつかの単純な配位化合物と有機ビスマス種とポリカチオンとポリアニオンを持つ珍しい化合物への最初のステップによって補完されました。

最近では、物理的および化学的性質が他の元素の特徴とは異なり、化学、物理学、材料科学の多くの科学分野に影響を与える非常に例外的なビスマス化合物の意識のために、より大きな感謝が起こっている。 ビスマスは、周期表の最も重い本質的に非放射性元素の一つである(209biは2.01×1019年の半減期を有する!)と、そのように、巨大なスピン–軌道結合を持っています。 この元素はまた、立体化学的に活性な6s2孤立電子対を示し、配位数と結合モードの大きな多様性を採用することができ、広い範囲の核を有する化合物を形成し、ビスマス–ビスマス、ビスマス–金属、ビスマス–非金属相互作用を有する化合物において、5+から3–までのすべての酸化状態および還元状態を採用する能力を有する。 ビスマスの信じられないほどの属性のいくつかを強調するために、我々はこの無機化学フォーラム、”ビスマス—魔法の要素”を提示し、無機、有機元素、無機–有機

基本的な化学の観点から、新しい合成概念から出現した非常に珍しい構造と化学的性質を持つ新しいクラスのビスマス化合物の出現を認識す 大きなビスマスポリアニオンとポリカーションのほかに、これにはaxel Schulzらによって報告されたBi–N化合物のようなヘテロ原子ケージが含まれている(DOI:10.1021/acs.inorgchem。9b03221)、または巨大なビスマスオキシドクラスター、例えばmichael Mehringと共著者によるセリウムドープ多核Bi-Oクラスターとそのドープされたビスマス酸化物への分解を報告する論文(DOI:10.1021/acs.inorgchem。9b03240)。

このフォーラムの問題内のいくつかの記事は、ビスマスの潜在的な酸化状態、結合パートナー、および配位環境の変動に光を当てています。 現在、顕著な結合活性化ポテンシャルを示す新しいビスマス系触媒が開発されており、この分野をさらに拡大するために新しい配位モチーフを有する関連化合物が研究されている。 Lichtenbergと共著者は、Bismepinesの構造、ヘテロロマティクス、およびルイス酸度に関するフォーラムの記事で、中性およびカチオン性ビスマス化合物(DOI:10.1021/acs。inorgchem。9b03189)。

ビスマス研究のもう一つの非常に局所的な方向性は、新しい材料に対処します。 ビスマスが周期6の元素、すなわち相対論的効果の影響を受ける元素であるという性質は、6s—6pの隣接するタリウム、鉛、ポロニウムと同じくらい特別であるが、毒性はない。 したがって、それはまた持続可能であり得る機能性化合物および材料を開発するための完璧な候補である。 これは、特に、このフォーラムの問題のいくつかの記事で対処されている、現在人気があるが有毒な鉛化合物を置き換えることができるペロブスカイト関連の太陽電池材料に当てはまります。 これらには、Canepa、Cheetham、および共著者からの三ハロゲン化ビスマスに関する報告が含まれる(DOI:10.1021/acs。inorgchem。9b03214)だけでなく、Mao、Seshadri、および共著者(DOI:10.1021/acs。inorgchem。および共著者による多価ハロゲン化ビスマス酸塩(DOI:10.1021/acs。inorgchem。Horcajadaおよび共著者によって調製された半導体Bi2O2(C4O4)金属−有機骨格(DOI:1 0.inorgchem。9b03290)。

非線形誘電体および光学材料としての特に極性ハリドビスマス酸塩の潜在的な使用は、Jakubasらの包括的な記事で詳述されているように、強誘電特性の調 ビスマス系有機無機ハイブリッド(C2H5NH3)2とその相転移(DOI:10.1021/acs.inorgchem。9b03193)。 さらに、ビスマスは、最高性能の熱電材料のいくつかで発見されています; 例えば、Schulzおよび共著者は、相純粋な結晶性ビスマスカルコゲナノ粒子のイオン液体ベースの低温合成の新しい方法について報告している(DOI:10.1021/acs.inorgchem。9b03060)。 さらに、元素の巨大なスピン–軌道結合効果は、10年前にはほとんど知られていなかったトポロジカルおよび量子材料特性の原因となっています。 これは、Anna IsaevaとMichael Ruckによる記事で包括的に調査されています(DOI:10.1021/acs。inorgchem。9b03461)。

現代的で革新的な合成アプローチは、新しいビスマスベースの固体の開発のさらなる拡大につながっています。 上記のイオン液体ベースの方法のような低温合成の適用に加えて、ビスマス-フラックス技術の使用は、近年、この側面に追加されている。 金属Mgni2Bi4の調製のための要素の使用は、Latturnerおよび共著者(DOI:10.1021/acs.inorgchem。このようにして調製された多成分遷移金属担持ビスマス化物の合成は、OvchinnikovおよびBobevによって報告されている(DOI:10.1021/acs.inorgchem。9b02881)。 さらに、従来の方法は、より詳細な研究において、より制御された方法で最適化され、採用されることができ、これは、無機合成および自然における制御された組立および分解を「調整する」ためのノブとしてビスマスカチオンを研究したNymanおよび共著者による論文で取り上げられている(DOI:10.1021/acs.inorgchem。9b03646)。

ビスマスは周期表の中で最も重い非放射性金属であり、実質的に無毒であることが先に述べたように顕著な事実は、医学および医療における潜在的価値の豊富な変異体の開発を動機とする。 確かに、その化合物の収斂性、防腐性、および利尿作用は錬金術の時代から知られており、適用されてきた。 よく知られているペプトビスマス(亜サリチル酸ビスマス)やデノル(亜硝酸コロイドビスマス)は有名な例であるが、最近の研究では、新しいイメージング造影剤、消炎薬としての生物活性ビスマス化合物、リーシュマニア症と戦うためのメタロドラッグ、抗腫瘍剤および抗菌剤の開発に向けられている。 この文脈では、Gu、Zhao、および共著者は、低酸素緩和および腫瘍放射線療法のためのカタラーゼ様活性を有する放射線増感剤としての酸化ビスマスナノシinorgchem。9b03280)。 しかし、彼らが指摘しているように、ビスマス化合物の細胞毒性の選択性と健康な細胞に対するそれらの潜在的な効果は依然として問題である。 「緑色」金属としてのビスマスの重要な議論は、Andrewsと共著者による有機ビスマスチオラート複合体の抗菌活性および細胞毒性に関する包括的な研究(DOI:10.1021/acs.inorgchem。9b03550)。

ビスマス関連研究の急速かつ継続的な拡大を考えると、それをサポートするために、世界中の研究機関や資金提供機関の意欲を反映して、このフォーラ ここでは、いくつかの一流の著者によるトピックの代表的な選択を提示することを意図しました。 私たちは、彼らの素晴らしい貢献のためにそれらのすべてに感謝し、フォーラムの記事のこのコレクションで、我々はより多くの研究のための食欲と世界中で起こって魅力的で”魔法の”ビスマス化学の継続的な開発を刺激したいと考えています。

この社説で表現されている見解は著者の見解であり、必ずしもACSの見解ではありません。

Author Information

ARTICLE SECTIONS

  • Corresponding Author
    • Stefanie Dehnen, Associate Editor, Departmentof Chemistry, Philipps University Marburg, Hans-Meerwein Strasse 4, Marburg 35043, Germany, http://orcid.org/0000-0002-1325-9228, Email:
  • 著者
    • Mercouri Kanatzidis,ゲストエディタ,Departmentof Chemistry,Northwestern University,2145Sheridan Road,Evanston,Illinois60208,United States,http://orcid.org/0000-0003-2037-4168
    • http://orcid.org/0000-0003-2037-4168

    • ongzhe sun,guest editor,department of chemistry,university of hong kong,Chong yuet ming chemistry building,pokfulam Road,Hong Kong,China,http://orcid.org/0000-0001-6697-6899

      伝記

      記事のセクション

      Stefanie Dehnen

      stefanie Dehnenは、硫化銅とセレン化物クラスターの実験的および理論的調査に関するDieter Fenskeの監督の下、カールスルーエ大学で1993年に卒業証書を取得し、1996年に博士号を取得した。 2006年よりマールブルク大学の無機化学の専任教授を務め、現在はGDCh無機化学部門の議長、GDChの副社長、無機化学の准編集者を務めています。 2016年現在、ゲッティンゲン科学人文科学アカデミーおよびマインツ科学文学アカデミーの正会員であり、2019年には欧州科学アカデミーのフェローに選出されている。 Dehnen教授は、GDChによるAlfred-Stock Memorial awardの2020年の受賞者であり、彼女の長い賞のリストに最も最近追加されたものです。 現在の研究テーマは、二元および三元カルコゲニドメタル酸アニオン、オルガノテトレルカルコゲニド化合物、二元Zintlアニオン、ポリビスマス化物を含む三元金属間クラスターを有する化合物および材料の合成、形成メカニズム、安定性、反応性および物理的性質である。p>

      Mercouri Kanatzidis

      Mercouri G Kanatzidisは1957年にギリシャのテッサロニキで生まれました。 彼はギリシャのアリストテレス大学で学士号を取得し、博士号を取得しました。 1984年にアイオワ大学で化学の学位を取得し、1985年から1987年までミシガン大学とノースウェスタン大学でポスドク研究員を務めた。 彼は現在、ノースウェスタン大学の化学のチャールズE.とエマH.モリソン教授です。 Kanatzidis教授は、国立科学財団から大統領若手研究者、Alfred P.Sloan Fellow、Beckman Young Investigator、Camille and Henry Dreyfus Teaching Scholar、Guggenheim Fellowに選ばれ、2003年のAlexander von Humboldt Prizeを受賞しました。 最近では、サムソン首相の第1M賞(交通用代替燃料の革新)、2016年アメリカ化学会のジェームズ・C・マックグロディ賞(新材料)、2016年アメリカ化学会の無機化学賞、2018年アメリカ化学会のChemical Pioneer Award(化学パイオニア賞)など多くの賞を受賞している。 彼は王立化学協会のフェローです。 現在の研究は、カルコゲナイドと金属間材料、ハイブリッドハライドペロブスカイト、熱電材料、多孔質半導体の合成科学に焦点を当てています。p>

      Hongzhe Sun

      Hongzhe Sunは、ピーター-J-サドラーの監督の下、1996年にロンドン大学(Birkbeck College)で博士号を取得した。….. エディンバラ大学で2年間ポスドク研究員を務めた後、1998年に香港大学に入学し、2007年に教授に昇進した。 彼はバイオ有機化学のノーマンとセシリアYip教授であり、現在は化学のための研究部門の代理ディレクターです。 ることができます。 Sunの研究活動は、生物学と医学における金属、特にビスマスにあります。 彼は病原体の潜在的なmetallodrug結合タンパク質を発見するためにバイオ有機化学にメタロミクス/メタロプロテオミクスを導入し、本Biological Chemistry of Arsenic,Antimony and Bismuth(John Wiley,2011)を編集した先駆者の一人である。 無機化学と生物学/医学の最先端、特に金属生物学と抗菌抵抗性の克服に関する革新的な研究に対して、無錫AppTec Life Chemistry Research Award(2016)を受賞しました。p>

      引用された

      この記事は1つの出版物によって引用されています。

      1. Dongxun陳、Jianqiang Bi、Weili王、Xiaojia王、Yuhai張、Yanjie梁。 安定性の高いK0.3Bi0.7F2の迅速な水相合成。4 upconversion nanocrystalline particles at low temperature. Inorganic Chemistry Frontiers 2021, 47 https://doi.org/10.1039/D0QI01284J

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