Bur med hætter:Selektiv indeslutning af sjældne jordarters metalhydrater i værtsmolekyler

Sjældne jordarters metaller er uundværlige i mange tekniske produkter, lige fra smartphones, bærbare computere, batterier, elektromotorer og vindmøller til katalysatorer. I tidsskriftet Angewandte Chemie , har et japansk hold nu introduceret et molekylært "bur" med "hætter", der kan bruges til selektivt at "indeslutte" visse sjældne jordarters metalioner til isolering eller genanvendelse.

De sjældne jordarters grundstoffer omfatter 17 metaller:scandium, yttrium, lanthan og lanthaniderne, de 14 grundstoffer, der følger efter lanthan i det periodiske system, herunder neodym og europium. Navnet er misvisende, fordi de sjældne jordarters metaller faktisk ikke er sjældne. De er overalt i miljøet, men er stærkt spredte og bundet i mineraler ("jorde"); store indskud er sjældne. Genvinding af disse elementer fra elektronisk affald bliver vigtigere. Nogle mikroorganismer er blevet opdaget, der indeholder enzymer med sjældne jordarters metaller. Disse kan være nyttige ved udvinding og genvinding og give inspiration til brugen af ​​sjældne jordarters metaller som katalysatorer.

Sjældne jordarters metalioner findes også i vandmasser og i spildevand. Imidlertid er de svære at adskille individuelt fra vandige opløsninger. En grund til dette er, at de normalt er hydrerede, hvilket betyder, at de er bundet til vandmolekyler. Deres hydreringstilstande er forskellige og kan ændre sig. Dette gør identifikation og isolering af ionerne gennem binding til ligander vanskeligere.

Et hold ledet af Makoto Fujita ved University of Tokyo og Institute for Molecular Science har nu formået at "indeslutte" de hydrerede former for trivalente ioner af en række sjældne jordarters metaller i lukkede "bure". Hvert burmolekyle består af fire organiske ligander formet som trekantede "plader", der er forbundet med deres spidser til seks palladiumioner for at lave et oktaedrisk bur med to store åbninger. Den sjældne jordartsmetalion passer ind i buret med sine ni bundne vandmolekyler. Det kritiske træk ved buret er dets to "hætter", der dækker åbningerne. Disse er plane molekyler med tre negativt ladede bindingsarme, der binder sig til den sjældne jordmetalion vandmolekyler gennem brintbroer. Derudover holdes de tæt af elektrostatiske interaktioner med de positivt ladede palladiumioner i buret.

Ikke alle sjældne jordarters metalioner fanges lige godt af dette system. Subtile forskelle i deres radier og foretrukne hydreringsmåder bestemmer, hvor godt de passer ind i burene:lanthan og de tidlige lanthanider, såsom europium, er bundet betydeligt stærkere end de senere lanthanider, som ytterbium. Scandium har for eksempel kun seks vandmolekyler bundet til sig og kan ikke finde en stabil position i buret. Den holdes således knap på plads.

Indeslutning af hydrofile metalarter i et lukket hulrum kunne være en tilgang til isolering af sjældne jordarters metaller, såvel som til udvikling af nye katalysatorer analoge med metalholdige enzymer (metallozymer) i mikroorganismer. + Udforsk yderligere

Kompost til computer:Biobaserede materialer, der bruges til at redde sjældne jordarters grundstoffer