2009年12月28日
将铅转化为黄金是一项不可能的壮举，但类似的“炼金术”不仅可行，而且具有成本效益。三个宾夕法尼亚州立大学研究人员已经证明，某些元素原子的组合具有模仿其他元素的电子特征的电子特征。
该研究小组使用光电子成像光谱学研究了镍原子和氧化钛分子之间的相似性。左图:镍原子和氧化钛分子之间能量峰的图形显示相似。右图:图像中的亮点，对应于电子从原子外层移出时所释放出的能量，在镍原子(右上图)和氧化钛分子(右下图)之间似乎很相似。(资料来源:宾夕法尼亚州立大学卡斯曼实验室)。
据该研究小组的负责人A. Welford Castleman Jr.，埃伯利科学系杰出主席和化学和物理系的Evan Pugh教授说，“这些发现可能会导致广泛应用的更便宜的材料欧洲杯线上买球，如新能源、减少污染的方法、欧洲杯足球竞彩以及工业国家在化学加工过程中严重依赖的催化剂。”
研究人员还表明，到目前为止，在这些模拟事件中已经确定的原子可以通过简单地查看元素周期表来预测。该团队使用先进的实验和理论来量化这些意想不到的新发现。“我们对元素周期表有了一个全新的认识，”卡斯尔曼说。
该研究小组的发现将发表在2009年12月28日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)早期在线版上，并在稍后的印刷版上发表。欧洲杯线上买球
卡斯曼和他的团队——包括塞缪尔·佩珀尼克(Samuel Peppernick)和达西塔·古纳拉特内(Dasitha Gunaratne)——使用了一种叫做光电子成像光谱学的技术，研究一氧化钛与镍、一氧化锆与钯、碳化钨与铂的相似之处。
“光电子能谱测量从原子或分子的各种电子状态中除去电子所需要的能量，同时用数码相机捕捉这些电子脱离事件的快照，”Castleman说。“这种方法允许我们确定电子的结合能，也可以直接观察电子分离之前所处轨道的性质。我们发现，从一氧化钛分子中除去电子所需的能量与从镍原子中除去电子所需的能量相同。氧化锆、钯、碳化钨和铂的体系也是如此。关键是所有的电子对都是由等电子物种组成的，也就是具有相同电子构型的原子。”
卡斯尔曼指出，在这种情况下，等电子指的是原子或分子的外层电子的数量。
研究小组观察了光电子能谱数据的图像。在研究的三个系统中，这对物种之间的亮点似乎是相似的，亮点对应于从原子外层剥离时所发射的电子的能量。同样地，能量峰在两对之间的图形显示是相似的，理论计算也得出两对具有匹配的能量水平。
卡斯尔曼解释说，一氧化钛分子、一氧化锆分子和碳化钨分子分别是镍、钯和铂的超原子。超原子是具有元素原子某些性质的原子簇。卡斯尔曼实验室以前的工作包括研究超原子的概念。他之前的一项实验表明，13个铝原子组成的一簇就像一个单独的碘原子。在这个铝原子系统中加入一个电子会使这个团簇表现得像一个稀有气体原子。此外，他还证明了由14个铝原子组成的团簇具有与碱土原子类似的反应活性。
现在，Castleman的新研究将超原子的概念提升到了一个新的水平，并为超原子的概念提供了良好的定量基础。他说:“看起来我们可以预测哪些元素原子的组合模仿了其他元素原子。”“例如，通过查看元素周期表，你可以预测一氧化钛将是镍的超原子。简单地从有4个外层电子的钛开始，然后向右移动6个元素，因为氧原子有6个外层电子。你最后得到的元素是镍，它的10个外层电子使它与钛和氧结合形成的10个外层电子分子等电子。我们认为这一发现一定是一种奇怪的巧合，所以我们用其他原子尝试了一下，发现了一种模式。”
卡斯尔曼说，他不知道这种模式是否会出现在整个元素周期表上，还是只会出现在其中的一部分。现在，他和他的团队正在研究过渡金属原子。在未来，他们计划进一步研究超原子在化学上是否与它们各自的单个原子相似。卡斯尔曼说:“铂金几乎用于所有汽车的催化转换器，但它非常昂贵。”“相比之下，碳化钨模仿铂，价格便宜。如果催化转化器制造商能够使用碳化钨代替铂，可以节省大量的资金。同样，钯在某些燃烧过程中也被使用，但它可以被一氧化锆模仿，而一氧化锆的价格要便宜500倍。我们的新发现无论是从科学角度还是实践角度来看都是令人兴奋的。”
这项研究是由空军科学研究办公室资助的。