Strutture anioniche di CH 2 Cl 2 Vengono mostrati la V12 inserita (ospite) (a sinistra) e la V12 senza ospite. Le piramidi quadrate arancioni e rosse rappresentano VO 5 unità con le basi rivolte al centro della vasca, e il VO . invertito 5 unità. Le sfere verdi e nere rappresentano Cl e C, rispettivamente. Atomi di idrogeno di CH 2 Cl 2 sono omessi per chiarezza. Credito:Università di Kanazawa
Come si separa l'anidride carbonica dal monossido di carbonio? Senso unico, mostrato da un nuovo studio dell'Università di Kanazawa, è usare una ciotola di vanadio. Più precisamente, un vuoto, cluster sferico di molecole di vanadato può discriminare tra CO e CO 2 , consentendo potenziali usi in CO 2 archiviazione e cattura.
A scala molecolare, piccoli oggetti possono stare all'interno di quelli più grandi, proprio come nel mondo di tutti i giorni. Le disposizioni risultanti, note come interazioni ospite-ospite, sono stabilizzati da forze non covalenti come elettrostatica e legami idrogeno. Ogni ospite prenderà felicemente alcune molecole, mentre esclude gli altri, a seconda delle dimensioni del suo ingresso e di quanto spazio interno può offrire all'ospite.
Uno di questi host è V 12 —una sfera ruvida composta da 12 atomi del metallo di transizione vanadio, collegati tramite 32 atomi di ossigeno. La struttura a forma di ciotola ha un'apertura ad un'estremità, con una larghezza di 0,44 nanometri, perfetto per far entrare la molecola giusta per annidarsi all'interno della cavità.
"V 12 accetta una gamma di ospiti sulla scala di piccoli composti organici, "dice Yuji Kikukawa, co-autore corrispondente dello studio di Kanazawa in Angewandte Chemie . "Infatti, è piuttosto difficile isolare un V . vuoto 12 da solo. Mentre l'ospite stabilizza il suo ospite, così l'ospite restituisce il favore, se togliamo l'ospite, l'ospite lo sostituisce rapidamente con un'altra molecola."
Spettri IR di CH 2 Cl 2 -il V12 inserito e il V12 senza ospiti sono mostrati negli spettri nero e rosso, rispettivamente. La posizione di picco nella regione evidenziata di V12 inserita da ospite e V12 senza ospite è diversa a causa del VO 5 inversione di unità. Gli spettri di V12 guest-free sono registrati sotto pressione atmosferica di CO 2 (blu) e CO (verde) a 25 ºC. Dalla posizione di punta, CO 2 può essere interagito con la ciotola V12 all'interno, mentre il CO non mostra alcuna interazione con la ciotola all'interno. Credito:Università di Kanazawa
Ogni atomo di vanadio in V 12 forma una piramide quadrata con cinque ossigeni. Gli ossigeni di ogni VO 5 puntare verso l'esterno, mentre la carica positiva del vanadio riempie la cavità interna, aiutando a stabilizzare gli ospiti ricchi di elettroni (o anionici). Però, il team di Kanazawa ha creato un V . senza ospiti 12 per la prima volta, utilizzando un solvente, l'acetone, le cui molecole sono troppo ingombranti per passare attraverso l'ingresso.
Per compensare l'ospite scomparso, il vuoto V 12 ciotola ha fatto qualcosa di inaspettato. il VO 5 unità in basso capovolta verso l'interno, come un ombrello che si capovolge nel vento forte. Ora, la cavità ospite è stata riempita dall'ossigeno terminale negativo del singolo VO . "capovolto" 5 . Questo spostamento atomico per accogliere una nuova struttura, chiamato riarrangiamento politopico, non era mai stato visto in ammassi di ossido di metallo. La trasformazione della struttura potrebbe essere monitorata mediante spettroscopia infrarossa.
"Abbiamo poi preso il vuoto V 12 ed esplorato quali ospiti potevamo reinserire nella ciotola, " dice gli autori. "Azoto, metano e monossido di carbonio sono stati tutti rifiutati, ma l'anidride carbonica è stata prontamente assorbita. Questo suggerisce immediatamente un modo per separare la CO 2 da altri gas."
Infatti, V 12 e CO 2 si è dimostrato un adattamento così perfetto che CO 2 può essere inserito anche a bassa pressione atmosferica. V 12 potrebbe quindi essere una soluzione ideale in CO 2 cattura per combattere il cambiamento climatico, e anche in CO 2 stoccaggio per la tecnologia emergente della fotosintesi artificiale.
