Skinner lys på adskillelsen af ​​sjældne jordartsmetaller

Inde i smartphones og computerskærme er metaller kendt som de sjældne jordarter. Minedrift og rensning af disse metaller involverer affalds- og energiintensive processer. Der er brug for bedre processer. Tidligere arbejde har vist, at specifikke sjældne jordarters elementer absorberer lysenergi, der kan ændre deres kemiske adfærd og gøre dem lettere at adskille. Nu, forskere har afsløret, hvordan visse molekylære strukturer kan forbedre effektiviteten af ​​denne lysdrevne kemi til at adskille cerium, et sjældent jordelement.

De 17 sjældne jordartselementer er kemisk ens. Metoder, der bruges til at rense de ønskede elementer fra naturlige kilder, producerer enorme mængder affald. Rensning af et ton af et sjældent jordelement skaber tonsvis af surt og radioaktivt affald. Processerne er også energikrævende. At vide, hvordan man effektivt bruger lys til at adskille udvalgte sjældne jordarter, kan reducere spild og lavere omkostninger. Nye metoder til genbrug af europium og andre sjældne jordarter ved hjælp af lysdrevet kemi er også en vigtig retning for at diversificere forsyningskæden for disse kritiske elementer.

Sjældne jordartsmaterialer, der indeholder materialer, er uerstattelige og bruges i vid udstrækning inden for teknologier såsom belysning, viser, biologiske sensorer, lasere, elbiler, og smartphones. Imidlertid, sjældne jordseparationer ved konventionel opløsningsmiddelekstraktion eller ionbytningskromatografimetoder er tidskrævende, kræver betydelige omkostninger, og er uholdbare. Fotokemisk baseret adskillelse er blevet undersøgt som et lovende forbehandlingstrin for at adskille redox-aktive sjældne jordarter, især europium, fra udvundne malmblandinger.

Nye metoder til genbrug af europium og andre sjældne jordarter ved hjælp af fotokemi er også en vigtig retning for diversificering af forsyningskæden. Blandt de sjældne jordarter er flere medlemmer, såsom cerium, samarium, europium, og ytterbium, absorbere lys gennem relevante elektroniske 4f-5d-overgange. Nuværende fotoredoks separationsmetoder er ikke praktiske på grund af deres behov for intense lyskilder. Styring og udnyttelse af 4f-5d-overgangene for disse elementer er vigtig for at opnå applikationer i fotoredox sjældne jordartsseparationer. For nylig, en gruppe forskere fra University of Pennsylvania og University of Buffalo udviklede en kombineret eksperimentel og beregningsmæssig undersøgelse for at forstå og kontrollere fotofysikken af ​​selvlysende ceriumkomplekser.

Teamet designede og syntetiserede en række cerium (III) -komplekser, der muliggjorde identifikation af centrale strukturelle træk, der muliggjorde forudsigelige og indstillelige kvanteudbytter, og derfor lysstyrke. I øvrigt, teamet udførte omfattende beregningsanalyser af guanidinat-amid og guanidinat-aryloxid luminescerende cerium (III) komplekser. Beregningsdataene rationaliserede forskellene i Stokes -skift (selvlysende farver) af disse forbindelser. Disse kvantitative struktur-luminescensmodeller forventes at bidrage til fotoredox-adskillelserne af produkter, der indeholder sjældne jordarter, hvis 4f-5d elektroniske overgange kan indstilles og udnyttes i det synlige og ultraviolette område for effektive, grøn, og potentielt billigt fotokemisk baserede separationer.