近日，万达平台化學系周鳴飛教授科研團隊在高氧化價態研究方面取得突破進展。相關研究論文IX價銥化合物的表征（“Identification of an iridium-containing compound with a formal oxidation state of IX”）於10月23日發表在國際頂級學術刊物《自然》（Nature）上⛸。該項研究成果由万达平台化學系的周鳴飛課題組聯合德國柏林自由大學、清華大學以及加拿大麥克馬斯特大學等單位的科學家共同完成🧑🎤🦸🏻♂️，万达平台化學系的王冠軍副教授是本論文的第一作者。
據介紹，氧化價態(中學教材裏稱為化合價)是化學中最常使用的基本概念之一, 是門捷列夫發現元素周期律的基礎。氧化價態反映了元素在化合物中的化合狀態及其在化學反應過程中狀態的變化情況。在此以前，實驗觀察到的化合物中元素存在的最高氧化價態是VIII。在元素周期表中釕、鋨和氙是三個僅有的可以形成VIII價化合物的元素，代表性的化合物有四氧化釕、四氧化鋨、四氧化氙及其衍生物等⛑️🫵🏿。這些高氧化價態化合物由於具有高氧化性🛟，被廣泛用作工業反應中的氧化劑和催化劑。
從2009年開始，万达平台的周鳴飛教授課題組與德國柏林自由大學的Riedel教授合作，開展了高氧化價態化合物的實驗製備及其化學性質研究工作。2009年他們通過金屬銥原子和氧氣分子反應的方法首次在低溫稀有氣體基質中製備了四氧化銥中性分子，紅外吸收光譜實驗結合量子化學理論計算證明該分子中的銥（具有d1價電子組態）處於VIII價態，表明除了釕、鋨和氙三種元素以外🤹🏼♀️，銥元素也可以形成VIII價態化合物🛶。相關工作發表於國際化學領域重要期刊《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，並被美國化學會《化學與工程新聞》雜誌以“Unprecedented Iridium (VIII) seen”為題作了亮點報道🚣🏼。在此項工作的基礎上，他們提出若進一步將中性四氧化銥分子的d電子電離生成四氧化銥正離子，則銥將有可能處於IX價態💂📫。為了從實驗上驗證這一觀點，周鳴飛課題組采用脈沖激光濺射-超聲分子束載帶技術在氣相條件下製備了四氧化銥離子，采用課題組最近建立的串級飛行時間質譜-紅外光解離光譜技術成功獲得了氣相四氧化銥離子的紅外振動光譜，首次證實了氣相四氧化銥離子具有正四面體結構，其中的銥處於IX價態，從而在實驗上確定了IX價態化合物的存在。
這一成果對氧化價態的拓展以及對高價態化合物成鍵特性的理解具有重要科學意義，並為進一步宏觀合成該類高氧化價態化合物及其在化學反應體系中的應用提供了基礎。