科學家發現了一種能適應環境的配體，可改善稀土金屬的純化。這項發現可以簡化目前的分離方法，降低成本和環境影響，同時提供更有效的鑭系元素純化。
美國能源部 橡樹嶺國家實驗室的研究人員發現了一種化學“變色龍”，可以增強清潔能源、醫療和國家安全應用中使用的稀土金屬的純化過程。
這項研究是與范德比爾特大學合作進行的，是橡樹嶺國家實驗室化學科學部門為降低獲取鑭係金屬的障礙而做出的眾多努力中的最新一項，這些金屬被廣泛用於多種產品和應用，從生物醫學成像到工業化學品生產再到電子產品。稀土金屬有 15 種，它們與其他兩種元素一起統稱為稀土金屬。
與它們的名字所暗示的相反，大多數稀土金屬實際上並不稀有。鑭系元素天然存在於礦藏中，許多元素與銅和鉛一樣常見於環境中。然而，只有在開採時將單一鑭系元素從其存在的其他金屬混合物中分離出來時，這些金屬才能發揮如此廣泛用途的強大特性。所選金屬必須先純化至高水平，然後才能用於其預期應用。稀有之處就在於這個過程的難度。
分離鑭系元素的挑戰
「這是一個巨大的挑戰，因為鑭系 美國電話號碼庫 離子的大小和化學性質非常相似，」前 ORNL 博士後、現任 ORNL 奈米材料化學小組的放射化學家 Subhamay Pramanik 說。 “它們之間的差異非常小，因此分離純的單一鑭系元素需要非常精確的分離科學。”
為了從稀土礦物溶液中分離出特定金屬，科學家和工業界使用配體——選擇性地與溶液中特定金屬結合的化合物。將這些化合物混合到有機溶劑中，然後與鑭系元素混合物的水基溶液混合。與油一樣，有機溶劑不與水混合，因此各層會分離。如果化合物在混合過程中成功地從溶液中捕獲目標金屬，那麼當溶劑和水溶液分離時，它會將金屬拉入有機層。然後可以對金屬進行加工和進一步純化。
目前最好的工業分離過程是分階段進行的，鑭系元素按照特定的順序分離——重到輕或輕到重。這個過程既耗時又昂貴，而且會產生大量廢物，這些廢物並不總是環保的。
變色龍配體的發現
輸入變色龍。在研究與上述過程中使 LinkedIn 擴展了思想領袖廣告功能，讓廣告主可以贊助任何使用者的內容 用的化合物類似的現有配體時，科學家發現了一些獨特的東西：根據實驗條件而表現不同的配體。就像變色龍改變顏色以適應環境一樣，當周圍環境發生變化時，該化合物也會改變其行為，根據溶液的酸濃度以及配體與其相互作用的時間，與不同的鑭系元素結合。例如，如果環境酸性更強，配體優先與較重的鑭系元素結合。
「在典型的分離系統中，配體通常表現出對較輕或較重的鑭系元素的偏好，」該研究的共同領導者、橡樹嶺國家實驗室的 Santa Jansone-Popova 說。 「我們發現您可以使用相同的化合物來執行多種不同的分離，這是令人興奮且獨特的。我們確定了它的機制。
變色龍配體的潛在好處
使用相同的化合物來分離系列中的多 阿根廷數據 種不同的鑭系元素可以減少這種常見且昂貴的過程所需的步驟數。此外，根據條件，本研究中的配體可以以任何順序分離最重、最輕和中等重量的鑭系元素。
其他配體則不表現出相同的行為。然而，直到現在，科學家們也不知道這會發生什麼事。變色龍配體看起來與其他成熟的配體相似，但它具有完全不同的行為。現在已知鑭系元素結合化合物存在這種能力和系統，可以更深入地研究配體，並且可以發現更多具有類似行為的化合物。
「僅僅因為一個配體的結構看起來與另一個配體非常相似，它的行為就不必相同，這種理解可以推動並突破已知的界限，」該研究的共同領導者、ORNL 的伊爾賈·波波夫斯(Ilja Popovs) 說。 “它有可能使分離過程更快、更清潔、更好——減少級數，提供更好的選擇性和純度，並帶來更環保的過程。