Hoe scheid je kooldioxide van koolmonoxide? Een manier, blijkt uit een nieuwe studie van Kanazawa University, is om een ​​kom vanadium te gebruiken. Preciezer, een holte, bolvormige cluster van vanadaatmoleculen kan onderscheid maken tussen CO en CO ₂ , mogelijke toepassingen in CO . mogelijk maken ₂ opslaan en vastleggen.

Op moleculaire schaal, kleine voorwerpen passen in grotere, net als in de wereld van alledag. De resulterende regelingen, bekend als gast-gast interacties, worden gestabiliseerd door niet-covalente krachten zoals elektrostatica en waterstofbruggen. Elke gastheer zal graag bepaalde moleculen opnemen, terwijl je anderen buitensluit, afhankelijk van de grootte van de ingang en hoeveel binnenruimte het de gast kan bieden.

Een dergelijke gastheer is V ₁₂ — een ruwe bol gemaakt van 12 atomen van het overgangsmetaal vanadium, verbonden via 32 zuurstofatomen. De komachtige structuur heeft aan één uiteinde een opening, met een breedte van 0,44 nanometer, perfect om het juiste molecuul binnen te laten om zich in de holte te nestelen.

"V ₁₂ accepteert een scala aan gasten op de schaal van kleine organische verbindingen, " zegt Yuji Kikukawa, co-corresponderende auteur van de Kanazawa-studie in Angewandte Chemie . "In feite, het is nogal moeilijk om een ​​lege V . te isoleren ₁₂ op zichzelf. Terwijl de gastheer zijn gast stabiliseert, dus de gast geeft de gunst terug - als we de gast verwijderen, de gastheer vervangt het snel door een ander molecuul."

Elk vanadiumatoom in V ₁₂ vormt een vierkante piramide met vijf zuurstofatomen. De zuurstof van elke VO ₅ naar buiten wijzen, terwijl de positieve lading van vanadium de binnenholte vult, helpen om elektronenrijke (of anionische) gasten te stabiliseren. Echter, het Kanazawa-team heeft een gastvrije V . gemaakt ₁₂ Voor de eerste keer, door een oplosmiddel te gebruiken - aceton - waarvan de moleculen te omvangrijk zijn om door de ingang te passen.

Om de vermiste gast in te halen, de lege V ₁₂ bowl deed iets onverwachts. de VO ₅ unit aan de onderkant naar binnen geklapt, als een paraplu die omkeert bij harde wind. Nutsvoorzieningen, de gastheerholte werd gevuld door de negatieve terminale zuurstof van de enkele "ondersteboven" VO ₅ . Deze atomaire verschuiving om plaats te maken voor een nieuwe structuur, een polytopale herschikking genoemd, was nog nooit gezien in metaaloxideclusters. De structuurtransformatie zou kunnen worden gevolgd door infraroodspectroscopie.

"We namen toen de lege V ₁₂ en onderzocht welke gasten we terug in de schaal konden stoppen, "zegt de auteurs. "Stikstof, methaan en koolmonoxide werden allemaal afgewezen, maar kooldioxide werd gemakkelijk opgenomen. Dit suggereert meteen een manier om CO . te scheiden ₂ van andere gassen."

In feite, V ₁₂ en co ₂ bleek zo'n perfecte pasvorm dat CO ₂ kan zelfs bij lage atmosferische druk worden ingebracht. V ₁₂ zou daarom een ​​ideale oplossing kunnen zijn in CO ₂ vangen om klimaatverandering tegen te gaan, en zelfs in CO ₂ opslag voor de opkomende technologie van kunstmatige fotosynthese.