Mixed Yttrium and Dysprosium Lactates as First Example of Rare-Earth Hydrogen-Bonded Organic Framework Solid Solutions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

For the first time, molecular solid solutions of yttrium and dysprosium lactates of [Y1-xDyx(C3H5O3)3(H2O)2] composition, where x = 0, 0.01, 0.1, 0.5, 0.8, and 1, have been obtained. These can be considered the first solid solutions of rare-earth hydrogen-bonded organic framework (M-HOF). The obtained compounds were analyzed using a set of instrumental methods, including X-ray diffraction (XRD), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), infrared (IR), and Raman spectroscopy. It has been shown that the unit cell volume of the lactate solid solutions linearly depends on their cationic composition. It has been established that changes in the cationic composition of the solid solutions result in a monotonic shift of the lines in the Raman spectra corresponding to Ln–O vibrations (151–158 cm–1). It has been demonstrated that the obtained compounds can be single-molecule magnets with an energy barrier of up to 108 K.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. V. Golikova

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: yapryntsev@igic.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

A. D. Yapryntsev

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: yapryntsev@igic.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

M. A. Teplonogova

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University

Email: yapryntsev@igic.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 119991

K. A. Babeshkin

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: yapryntsev@igic.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

N. N. Efimov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: yapryntsev@igic.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

A. E. Baranchikov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: yapryntsev@igic.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119991

V. K. Ivanov

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University

Email: yapryntsev@igic.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 119991

References

  1. Deng W., Chen J., Yang L. et al. // Small. 2021. V. 17. № 35. P. 2101058. https://doi.org/10.1002/smll.202101058
  2. Bang J., Kim H.-S., Kim D.H. et al. // J. Alloys Compd. 2022. V. 920. P. 166028. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166028
  3. Kusada K., Wu D., Kitagawa H. // Chem. – Eur. J. 2020. V. 26. № 23. P. 5105. https://doi.org/10.1002/chem.201903928
  4. Бузанов Г.А., Нипан Г.Д. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 12. С. 1816. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601566. Buzanov G.A., Nipan G.D. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. № 12. P. 1834. https://doi.org/10.1134/S0036023623602337
  5. Гуськов А.В., Гагарин П.Г., Гуськов В.Н. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 11. С. 1599. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601128
  6. Эллерт О.Г., Попова Е.Ф., Кирдянкин Д.И. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 10. С. 1339. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600937
  7. Lusi M. // CrystEngComm. 2018. V. 20. № 44. P. 7042. https://doi.org/10.1039/C8CE00691A
  8. Tsunashima R. // CrystEngComm. 2022. V. 24. № 7. P. 1309. https://doi.org/10.1039/D1CE01632F
  9. Chen J., Gao H., Tao Z. et al. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 485. P. 215121. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215121
  10. Newsome W.J., Ayad S., Cordova J. et al. // J.Am. Chem. Soc. 2019. V. 141. № 28. P. 11298. https://doi.org/10.1021/jacs.9b05191
  11. Wong S.N., Chen Y.C.S., Xuan B. et al. // CrystEngComm. 2021. V. 23. № 40. P. 7005. https://doi.org/10.1039/D1CE00825K
  12. Wei W., He L., Han G. et al. // Coord. Chem. Rev. 2024. V. 507. P. 215760. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2024.215760
  13. Wang H.-L., Ma X.-F., Zhu Z.-H. et al. // Inorg. Chem. Front. 2019. V. 6. № 10. P. 2906. https://doi.org/10.1039/C9QI00582J
  14. Сартакова А.В., Макаренко А.М., Куратьева Н.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 9. С. 1217. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600718
  15. Li Y.-L., Wang H.-L., Zhu Z.-H. et al. // iScience. 2022. V. 25. № 11. P. 105285. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105285
  16. Пушихина О.С., Карпова Е.В., Царев Д.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 9. С. 1324. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601189
  17. Rozes L., Sanchez C. // Chem. Soc. Rev. 2011. V. 40. № 2. P. 1006. https://doi.org/10.1039/c0cs00137f
  18. Zhu Z.-H., Wang H.-L., Zou H.-H. et al. // Dalton Trans. 2020. V. 49. № 31. P. 10708. https://doi.org/10.1039/D0DT01998D
  19. An Y., Lv X., Jiang W. et al. // Green Chem. Eng. 2024. V. 5. № 2. P. 187. https://doi.org/10.1016/j.gce.2023.07.004
  20. Li Y.-L., Wang H.-L., Chen Z.-C. et al. // Chem. Eng. J. 2023. V. 451. P. 138880. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138880
  21. Lusi M. // Cryst. Growth Des. 2018. V. 18. № 6. P. 3704. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.7b01643
  22. Adams C.J., Haddow M.F., Lusi M. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. 2010. V. 107. № 37. P. 16033. https://doi.org/10.1073/pnas.0910146107
  23. Bünzli J.-C.G., Piguet C. // Chem. Rev. 2002. V. 102. № 6. P. 1897. https://doi.org/10.1021/cr010299j
  24. Wang H.-L., Zhu Z.-H., Peng J.-M. et al. // J. Clust. Sci. 2022. V. 33. № 4. P. 1299. https://doi.org/10.1007/s10876-021-02084-7
  25. Chen R., Chen C.-L., Zhang H. et al. // Sci. China Chem. 2024. V. 67. № 2. P. 529. https://doi.org/10.1007/s11426-023-1847-x
  26. Zhang L., Xie Y., Xia T. et al. // J. Rare Earths. 2018. V. 36. № 6. P. 561. https://doi.org/10.1016/j.jre.2017.09.018
  27. Cui Y., Xu H., Yue Y. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2012. V. 134. № 9. P. 3979. https://doi.org/10.1021/ja2108036
  28. Yoshinari N., Konno T. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 474. P. 214850. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214850
  29. Yapryntsev A.D., Baranchikov A.E., Churakov A.V. et al. // RSC Adv. 2021. V. 11. № 48. P. 30195. https://doi.org/10.1039/D1RA05923H
  30. Голикова М.В., Япрынцев А.Д., Цзя Ч. и др. // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 10. С. 1422. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601050. Golikova M.V., Yapryntsev A.D., Jia Z. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. № 10. P. 1414. https://doi.org/10.1134/S0036023623601800
  31. Cruz-Navarro A., Hernández-Romero D., Flores-Parra A. et al. // Coord. Chem. Rev. 2021. V. 427. P. 213587. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213587
  32. Yin X., Deng L., Ruan L. et al. // Materials. 2023. V. 16. № 9. P. 3568. https://doi.org/10.3390/ma16093568
  33. Goodwin C.A.P. // Dalton Trans. 2020. V. 49. № 41. P. 14320. https://doi.org/10.1039/D0DT01904F
  34. Manna F., Oggianu M., Avarvari N. et al. // Magnetochemistry. 2023. V. 9. № 7. P. 190. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry9070190
  35. Ashebr T.G., Li H., Ying X. et al. // ACS Mater. Lett. 2022. V. 4. № 2. P. 307. https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.1c00765
  36. Pointillart F., Bernot K., Golhen S. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2015. V. 54. № 5. P. 1504. https://doi.org/10.1002/anie.201409887
  37. Hernández-Paredes A., Cerezo-Navarrete C., Gómez García C.J. et al. // Polyhedron. 2019. V. 170. P. 476. https://doi.org/10.1016/j.poly.2019.06.004
  38. Goryushina V.G., Savvin S.B., Romanova E.V. // Zh. Anal. Khim. 1963. https://www.osti.gov/biblio/4120261
  39. Petrosyants S.P., Ilyukhin A.B., Efimov N.N. et al. // Russ. J. Coord. Chem. 2018. V. 44. № 11. P. 660. https://doi.org/10.1134/S1070328418110064
  40. Prieto M. // Rev. Mineral. Geochem. 2009. V. 70. № 1. P. 47. https://doi.org/10.2138/rmg.2009.70.2
  41. Powell J.E., Farrell J.L. // Ames Lab. Technical report, 1962. https://doi.org/10.2172/4749791
  42. Jacob K.T., Raj S., Rannesh L. // Int. J. Mater. Res. 2007. V. 98. № 9. P. 776. https://doi.org/10.3139/146.101545
  43. Kozachuk O., Meilikhov M., Yusenko K. et al. // Eur. J. Inorg. Chem. 2013. V. 2013. № 26. P. 4546. https://doi.org/10.1002/ejic.201300591
  44. Vujovic D., Raubenheimer H.G., Nassimbeni L.R. // Eur. J. Inorg. Chem. 2004. V. 2004. № 14. P. 2943. https://doi.org/10.1002/ejic.200300794
  45. Yeung H.H. ‐M., Li W., Saines P.J. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2013. V. 52. № 21. P. 5544. https://doi.org/10.1002/anie.201300440
  46. Zakharov B.A., Gribov P.A., Matvienko A.A. et al. // Z. Für Krist. – Cryst. Mater. 2017. V. 232. № 11. P. 751. https://doi.org/10.1515/zkri-2016-2038
  47. Zurawski A., Mai M., Baumann D. et al. // Chem. Commun. 2011. V. 47. № 1. P. 496. https://doi.org/10.1039/C0CC02093A
  48. Soares-Santos P.C.R., Cunha-Silva L., Paz F.A.A. et al. // Cryst. Growth Des. 2008. V. 8. № 7. P. 2505. https://doi.org/10.1021/cg800153a
  49. Serre C., Millange F., Thouvenot C. et al. // J. Mater. Chem. 2004. V. 14. № 10. P. 1540. https://doi.org/10.1039/B312425H
  50. Duan T.-W., Yan B. // J. Mater. Chem. С. 2014. V. 2. № 26. P. 5098. https://doi.org/10.1039/C4TC00414K
  51. Zhang X., Li X., Gao W. et al. // Sustain. Energy Fuels. 2021. V. 5. № 16. P. 4053. https://doi.org/10.1039/D1SE00658D
  52. Ronda‐Lloret M., Pellicer‐Carreño I., Grau‐Atienza A. et al. // Adv. Funct. Mater. 2021. V. 31. № 29. P. 2102582. https://doi.org/10.1002/adfm.202102582
  53. Shannon R.D. // Acta Crystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. № 5. P. 751. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  54. Silva E.N., Moura M.R., Ayala A.P. et al. // J. Raman Spectrosc. 2009. V. 40. № 8. P. 954. https://doi.org/10.1002/jrs.2207
  55. Kaminskii A.A., Bohat L., Becker P. et al. // Phys. Status Solidi A. 2004. V. 201. № 14. P. 3200. https://doi.org/10.1002/pssa.200406893
  56. Kartha V.B., Venkateswaran S. // Spectrochim. Acta, Part Mol. Spectrosc. 1981. V. 37. № 11. P. 927. https://doi.org/10.1016/0584-8539(81)80017-7
  57. Yang Y., Zhang Q., Luo L. // J. Common Met. 1989. V. 148. № 1–2. P. 187. https://doi.org/10.1016/0022-5088(89)90026-X
  58. Mariscal-Becerra L., Acosta-Najarro D., Falcony-Guajardo C. et al. // J. Nanophotonics. 2018. V. 12. № 2. P. 1. https://doi.org/10.1117/1.JNP.12.026018
  59. Artini C., Carnasciali M.M., Plaisier J.R. et al. // Solid State Ionics. 2017. V. 311. P. 90. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2017.09.016
  60. White W.B., Keramidas V.G. // Spectrochim. Acta, Part Mol. Spectrosc. 1972. V. 28. № 3. P. 501. https://doi.org/10.1016/0584-8539(72)80237-X
  61. El-Habib A., Brioual B., Zimou J. et al. // Mater. Sci. Semicond. Process. 2024. V. 176. P. 108287. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2024.108287
  62. Socrates G. // Infrared and Raman characteristic group frequencies. Tables and charts, 2001.
  63. Maiwald M.M., Müller K., Heim K. et al. // New J. Chem. 2020. V. 44. № 39. P. 17033. https://doi.org/10.1039/D0NJ04291A
  64. Cassanas G., Morssli M., Fabrègue E. et al. // J. Raman Spectrosc. 1991. V. 22. № 7. P. 409. https://doi.org/10.1002/jrs.1250220709
  65. Mink J., Skripkin M.Yu., Hajba L. et al. // Spectrochim. Acta, Part A: Mol. Biomol. Spectrosc. 2005. V. 61. № 7. P. 1639. https://doi.org/10.1016/j.saa.2004.11.030
  66. Petrosyants S.P., Ilyukhin A.B., Babeshkin K.A. et al. // Russ. J. Coord. Chem. 2019. V. 45. № 8. P. 592. https://doi.org/10.1134/S1070328419080062
  67. Петросянц С.П., Бабешкин К.А., Илюхин А.Б. и др. // Коорд. химия. 2021. Т. 47. № 4. С. 208. https://doi.org/10.31857/S0132344X2104006X
  68. Новиков В.В., Нелюбина Ю.В. // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 10. С. 1330.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Appendix
Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 1. X-ray diffraction patterns of products obtained by hydrothermal treatment (70°C, 24 h) of a mixture of solutions of HMTA, L-lactic acid and yttrium/dysprosium chlorides in different ratios: a - in the absence of dysprosium chloride, b - Y : Dy = 99 : 1, c - Y : Dy = 90 : 10, d - Y : Dy = 50 : 50, e - Y : Dy = 20 : 80, f - in the absence of yttrium chloride.

Download (195KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Dependence on the cation composition of the unit cell volume of REE lactates [Y1-xDyx(C3H5O3)3(H2O)2] obtained by hydrothermal treatment (70°C, 24 h) of a mixture of solutions of HMTA, L-lactic acid and yttrium/dysprosium chlorides in different ratios.

Download (70KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Overview IR spectra of solid solutions of crystalline REE lactates of the composition [Y1-xDyx(C3H5O3)3(H2O)2] (a): x = 0, x = 0.01, x = 0.1, x = 0.5, x = 0.8, x = 1. Fragments of IR spectra of solid solutions of crystalline yttrium and dysprosium lactates in the ranges: 870-860 cm-1 (b) and 1130-1120 cm-1 (c). Denotations: ν - valence vibrations, as - asymmetric vibrations, s - symmetric vibrations, δ - strain vibrations, AL - vibrations of the hydroxyl group of lactate, r - pendulum vibrations, w - fan vibrations.

Download (447KB)
Indexing metadata
6. Fig. 4. Overview CR spectra of solid solutions of crystalline REE lactates of the composition [Y1-xDyx(C3H5O3)3(H2O)2] (a): x = 0, x = 0.01, x = 0.1, x = 0.5, x = 0.8, x = 1. Fragment of the CR spectra of crystalline yttrium and dysprosium lactates in the range 140-170 cm-1 (b). Linear approximation of the position of the band maximum in the range 150-160 cm-1 (presumably the mode of Ln-O vibrations) (c). Denotations: ν - valence vibrations, as - asymmetric vibrations, s - symmetric vibrations, δ - strain vibrations, AL - vibrations of the hydroxyl group of lactate, r - pendulum vibrations, w - fan vibrations.

Download (467KB)
Indexing metadata
7. Fig. 5. Temperature dependences of χT for compounds [Y1-xDyx(C3H5O3)3(H2O)2], where x = 1, 0.1, and 0.01 (H = 5000 E).

Download (97KB)
Indexing metadata
8. Fig. 6. Dependence of relaxation times on the inverse temperature τ(1/T) in zero magnetic field for [Dy(C3H5O3)3(H2O)2] (a), [Y0.9Dy0.1(C3H5O3)3(H2O)2] (b) and [Y0.99Dy0.01(C3H5O3)3(H2O)2] (c). The blue line is the approximation of the high-temperature part by the Arrhenius equation. Red line - approximation by the sum of the Orbach and KTH relaxation processes.

Download (142KB)
Indexing metadata
9. Fig. 7. Dependence of relaxation times on the inverse temperature τ(1/T) in a non-zero field for (a) [Dy(C3H5O3)3(H2O)2], (b) [Y0.9Dy0.1(C3H5O3)3(H2O)2], (c) [Y0.99Dy0.01(C3H5O3)3(H2O)2] The blue line is the approximation of the high-temperature part by the Arrhenius equation. Red line - approximation by the sum of (a) the Orbach and Raman processes, (b, c) the Orbach process and the direct relaxation process.

Download (148KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».