Kredit:Wiley
Sällsynta jordartsmetaller är oumbärliga för många tekniska produkter, från smartphones, bärbara datorer, batterier, elektromotorer och vindturbiner, till katalysatorer. I tidskriften Angewandte Chemie , har ett japanskt team nu introducerat en molekylär "bur" med "lock" som kan användas för att selektivt "innesluta" vissa sällsynta jordartsmetalljoner för isolering eller återvinning.
De sällsynta jordartsmetallerna inkluderar 17 metaller:skandium, yttrium, lantan och lantaniderna, de 14 grundämnena som följer efter lantan i det periodiska systemet, inklusive neodym och europium. Namnet är missvisande eftersom de sällsynta jordartsmetallerna faktiskt inte är sällsynta. De finns överallt i miljön men är mycket spridda och bundna i mineraler ("jordar"); stora fyndigheter är sällsynta. Att återvinna dessa element från elektroniskt avfall blir allt viktigare. Vissa mikroorganismer har upptäckts som innehåller enzymer med sällsynta jordartsmetaller. Dessa kan vara användbara vid utvinning och återvinning och ge inspiration för användningen av sällsynta jordartsmetaller som katalysatorer.
Sällsynta jordartsmetalljoner finns också i vattendrag och i avloppsvatten. De är dock svåra att separera individuellt från vattenlösningar. En anledning till detta är att de vanligtvis är hydrerade, vilket innebär att de är bundna till vattenmolekyler. Deras vätsketillstånd är olika och kan förändras. Detta gör identifiering och isolering av jonerna genom bindning till ligander svårare.
Ett team under ledning av Makoto Fujita vid University of Tokyo och Institutet för molekylär vetenskap har nu lyckats "innesluta" de hydratiserade formerna av trevärda joner av en serie sällsynta jordartsmetaller i slutna "burar". Varje burmolekyl består av fyra organiska ligander formade som triangulära "plattor" som är förbundna med sina spetsar till sex palladiumjoner för att göra en oktaedrisk bur med två stora öppningar. Den sällsynta jordartsmetalljonen passar in i buren med sina nio bundna vattenmolekyler. Den kritiska egenskapen hos buren är dess två "lock" som täcker öppningarna. Dessa är plana molekyler med tre negativt laddade bindningsarmar som binder till den sällsynta jordartsmetalljonens vattenmolekyler genom vätebryggor. Dessutom hålls de tätt av elektrostatiska interaktioner med de positivt laddade palladiumjonerna i buren.
Inte alla sällsynta jordartsmetalljoner fångas lika bra av detta system. Subtila skillnader i deras radier och föredragna hydreringssätt avgör hur väl de passar in i burarna:lantan och de tidiga lantaniderna, såsom europium, är bundna betydligt starkare än de senare lantaniderna, som ytterbium. Scandium, till exempel, har bara sex vattenmolekyler bundna till sig och kan inte hitta en stabil position i buren. Den hålls alltså knappt på plats.
Instängning av hydrofila metallarter i en sluten hålighet kan vara ett tillvägagångssätt för isolering av sällsynta jordartsmetaller, såväl som för utveckling av nya katalysatorer analoga med metallinnehållande enzymer (metallozymer) i mikroorganismer. + Utforska vidare
