24.08.2022 - University of Tokyo

Cage à capsules : Confinement sélectif d'hydrates de métaux des terres rares dans des molécules hôtes.

Les métaux des terres rares sont indispensables à de nombreux produits techniques, qu'il s'agisse de smartphones, d'ordinateurs portables, de batteries, d'électromoteurs, d'éoliennes ou de catalyseurs. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe japonaise vient de présenter une "cage" moléculaire avec des "capuchons" qui peuvent être utilisés pour "confiner" sélectivement certains ions de métaux de terres rares en vue de leur isolation ou de leur recyclage.

Les terres rares comprennent 17 métaux : le scandium, l'yttrium, le lanthane et les lanthanides, les 14 éléments qui suivent le lanthane dans le tableau périodique, dont le néodyme et l'europium. Le nom est trompeur car les métaux des terres rares ne sont pas vraiment rares. Ils sont partout dans l'environnement mais sont très dispersés et liés à des minéraux ("terres") ; les grands gisements sont rares. La récupération de ces éléments à partir des déchets électroniques devient de plus en plus importante. On a découvert certains micro-organismes qui contiennent des enzymes avec des métaux de terres rares. Ceux-ci pourraient être utiles pour l'extraction et la récupération et inspirent l'utilisation des métaux des terres rares comme catalyseurs.

On trouve également des ions de métaux des terres rares dans les masses d'eau et dans les effluents. Cependant, il est difficile de les séparer individuellement des solutions aqueuses. L'une des raisons en est qu'ils sont généralement hydratés, ce qui signifie qu'ils sont liés à des molécules d'eau. Leurs états d'hydratation sont différents et peuvent changer. Cela rend plus difficile l'identification et l'isolement des ions par liaison à des ligands.

Une équipe dirigée par Makoto Fujita, de l'Université de Tokyo et de l'Institut des sciences moléculaires, est maintenant parvenue à "confiner" les formes hydratées des ions trivalents d'une série de métaux des terres rares dans des "cages" fermées. Chaque molécule de la cage se compose de quatre ligands organiques en forme de "plaques" triangulaires qui sont reliés par leurs extrémités à six ions palladium pour former une cage octaédrique avec deux grandes ouvertures. L'ion de terre rare s'insère dans la cage avec ses neuf molécules d'eau liées. La caractéristique essentielle de la cage est constituée par les deux "capuchons" qui recouvrent les ouvertures. Ce sont des molécules planes avec trois bras de liaison chargés négativement qui se lient aux molécules d'eau de l'ion de terre rare par des ponts hydrogène. En outre, elles sont maintenues serrées par des interactions électrostatiques avec les ions palladium chargés positivement dans la cage.

Tous les ions de terres rares ne sont pas capturés de la même manière par ce système. De subtiles différences dans leurs rayons et leurs modes d'hydratation préférés déterminent la façon dont ils s'intègrent dans les cages : le lanthane et les premiers lanthanides, comme l'europium, sont liés beaucoup plus fortement que les derniers lanthanides, comme l'ytterbium. Le scandium, par exemple, n'est lié qu'à six molécules d'eau et ne peut trouver une position stable dans la cage. Il est donc à peine maintenu en place.

Le confinement d'espèces métalliques hydrophiles dans une cavité fermée pourrait être une approche pour l'isolement des métaux des terres rares, ainsi que pour le développement de nouveaux catalyseurs analogues aux enzymes contenant des métaux (métallozymes) dans les micro-organismes.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Faits, contextes, dossiers
  • métaux de terres rares
  • lanthane
  • lanthanides
  • europium
  • ytterbium
  • scandium
Plus sur University of Tokyo
Plus sur Angewandte Chemie
  • Actualités

    Deux mondes, une matière

    Jusqu'à présent, c'était clair : vous pouvez avoir un métal ou un plastique, mais pas les deux en un. Cependant, les choses ne doivent pas rester ainsi. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de recherche chinoise vient de présenter un polymère avec un squelette métallique qui est cond ... en savoir plus

    Lubrifiants pour l'acier inoxydable

    Les lubrifiants à base d'huile minérale protègent les pièces du moteur contre l'usure, et cet effet est renforcé par l'ajout de nanoparticules de polymère à l'huile lubrifiante. Une équipe britannique vient de découvrir que la fonctionnalisation époxy de ces nanoparticules favorise davantag ... en savoir plus

    Peinture exceptionnelle - composé de plomb exceptionnel

    Rembrandt van Rijn était l'un des plus grands peintres néerlandais du 17e siècle. Son tableau le plus célèbre est probablement la Ronde de nuit de 1642, que l'on peut aujourd'hui admirer au Rijksmuseum d'Amsterdam. Une équipe internationale vient d'identifier du formiate de plomb dans diffé ... en savoir plus