含稀土配合物是复杂核燃料加工和医学成像的重要化合物。此外，它们通常具有有趣的对称晶体结构和相关动力学，为实际应用提供独特的性能。

七配位镧系元素配合物Ho(III) aqua-tris(二苯甲酰甲烷)或Ho-(DBM)3·H2O于20世纪60年代末首次报道。它具有三重对称结构，钬(Ho)位于三个螺旋桨形二苯甲酰甲烷(DBM)配体的中心，水(H2O)分子与配体形成氢键。不幸的是，由于使用经典 MD 框架描述它们的相互作用存在挑战，对此类镧系元素配合物的分子动力学 (MD) 的理解受到限制。

这促使千叶大学工程研究生院副教授 Takahiro Ohkubo 领导的研究小组阐明了 Ho-(DBM)3·H2O 复合物的结构和动力学。该研究于2023年7月20日在线发布，并于2023年7月31日发表在《无机化学》杂志第62卷第30期上。该研究由Hyuma Masu副教授、Keiki Kishikawa教授和副教授共同撰写小路成。

“水分子和 Ho 周围的配体之间的氢键被认为在新型稀土配合物对称结构的形成中发挥着重要作用。在合成其单晶和块状样品后，下一个合乎逻辑的步骤是对该复合物进行建模，以测试这一假设并了解其结构和动力学，”Ohkubo 博士解释道。

考虑到现有的一般力场(一种用于估计原子间力的函数形式)在令人满意地描述 Ho 等镧系金属相互作用方面的缺点，研究人员开发了新的力场参数，用于对 Ho-( DBM)3·H2O络合物。他们使用基于平面波赝势方法的从头计算进行结构优化和分子动力学步骤，为力场的发展提供训练数据。

此外，该团队还调整了模拟的力场参数，以重现从头计算获得的数据。他们利用实验晶体结构信息和理论从头计算数据验证了由此获得的新型力场。使用新的力场参数计算出的晶格常数和 Ho 周围的原子距离与单晶 X 射线衍射的观察结果非常吻合。

此外，通过检查Ho-(DBM)3·H2O络合物中水的振动特性并将其与散装液态水中的水的振动特性进行比较，他们观察到络合物中水的振动运动具有特征模式。它起源于Ho-(DBM)3·H2O沿c轴的静止旋转运动。值得注意的是，七配位镧系元素络合物中水的氢键动力学(包括寿命)与散装水中的氢键动力学非常相似，除了振动或往复运动之外。这一新颖的发现与基本预期相反。

总之，这种为经典 MD 检查开发力场参数的创新策略揭示了水动力学在 Ho-(DBM)3·H2O 等复合物中的作用。Ohkubo 博士解释说：“这种方法帮助我们了解了具有高配位数的镧系元素与水和锕系金属的金属配合物的性质。未来，这种策略可能为任何金属配合物的精确分子模拟及其结构和动力学预测铺平道路。”

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