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Lanthanide-Selective Artificial Channels
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DOI：10.1021/acsnano.4c17675.png)
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摘要
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稀土元素是现代技术中的关键元素，在电池、风力涡轮机、便携式电子设备和节能照明中发挥着重要作用。由于分离技术效率低下，从矿石中提纯稀土元素以及从废弃消费材料中回收稀土元素既成本高昂又对环境造成损害。本研究提出了一种基于pillar[5]arene骨架、带有附加二苯基膦氧化物（DPP）配体的超分子膜通道纳米孔的稀土元素分离新方法。这些通道对中重稀土元素（如铕离子Eu3+和铽离子Tb3+）具有高传输选择性（>18:1），远高于单价K+离子，并且也排除了其他常见的一价和二价金属离子（如Na+、Ca2+、Mg2+）以及质子。这些膜通道还表现出高稀土-稀土传输选择性，其中Eu3+/La3+选择性>40，Eu3+/Yb3+选择性约为30。此外，它们在重稀土元素与轻稀土元素及重稀土元素之间的选择性显著更高：Tb3+/La3+（约为140）、Tb3+/Yb3+（约为72）、Tb3+/Nd3+（约为58）和Eu3+/Nd3+（约为17），这些选择性远高于传统溶剂萃取方法的研究报道值。分子动力学模拟表明，观察到的这种高选择性源于水合离子与通道之间的特定水介导相互作用。我们的发现可能有助于持续推进提高稀土元素分离效率并减少当前方法带来的环境影响。
Keyword:
lanthanide-lanthanideseparations
ion channels
nanopores
rareearth elements
pillar[5]arene
期刊
IF:
16
论文数:
2.7W
被引数:
25.6W
机构
引用论文
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