Elementele de lantanidă sunt părți esențiale ale mărfurilor de înaltă tehnologie de astăzi, inclusiv televizoare cu ecran plat, telefoane mobile, mașini electrice și sateliți. În timp ce cererea pentru aceste elemente este mare, separarea lantanidelor de impurități (alte lantanide) este extrem de dificilă. Industria folosește extracția lichid-lichid. Ținta din apă alunecă într-o fază uleioasă cu ajutorul unei molecule extractante. Impuritățile rămân în apă. De zeci de ani, cercetătorii au conceput noi substanțe extractive. Cu toate acestea, au trecut cu vederea în mare măsură efectele subtile ale straturilor subțiri de apă care vin pentru plimbare, înfășurate în jurul țintei. O nouă cercetare a dezvăluit matrici specifice de molecule de apă care afectează modul în care funcționează extractantul.

selectivă

Descoperirile subliniază avantajul controlului interacțiunilor subtile ale sferei exterioare. Extracția lichid-lichid a lantanidelor este o tehnologie bine dezvoltată. De ce anumiți substanțe extractive sunt extrem de selective și altele nu sunt bine înțelese. De asemenea, modul de proiectare a selectivității îmbunătățite nu este bine cunoscut. Cunoașterea modului în care apa extrasă cu elementul țintă influențează separarea este un pas vital către proiectarea unor sisteme mai bune de extracție. Aceste sisteme pot obține lantanidele necesare pentru dispozitivele de înaltă tehnologie.

Rezultatele arată o relație între apa coextrată și extracția lantanidelor de către ligandul diglicolamidă din întreaga serie. Descoperirea indică importanța interacțiunilor de legare a hidrogenului între ionii de azot din sfera exterioară de pe ligand și complexul lantanid și grupurile de apă într-un mediu nepolar. Pe baza studiilor teoretice funcționale experimentale și a densității, mecanismul care stă la baza absorbției apei este legat de suprafața contraionilor de nitrați disponibili pentru a interacționa cu apa coextrată. Simulările dinamicii moleculare elucidează în continuare că ionii de azot din sfera exterioară de pe liganzi formează legături de hidrogen cu moleculele de apă.

Într-o perspectivă mai largă, aceste rezultate au implicații semnificative pentru proiectarea de noi sisteme și procese de separare pentru ionii lantanidici trivalenți, subliniind importanța reglării interacțiunilor atât din sfera interioară cât și interioară pentru a obține controlul total asupra selectivității în extracția lichid-lichid a lantanide.

Mai multe informatii: Anna G. Baldwin și colab. Clusterele de apă din sfera externă reglează selectivitatea lantanidă a diglicolamidelor, ACS Central Science (2018). DOI: 10.1021/acscentsci.8b00223