'翻转'金属氧化物笼可以从CO中分选CO2
摘要：科学家研究了钒酸盐簇中的主客体相互作用。V12是一个球形碗，在其内部容纳小分子。该团队首次创建了空（免费）V12。发现12个VO5单元中的一个向内翻转以填充客人腾出的空隙。空V12可吸收CO2但拒绝CO，提供了分离这些分子以捕获CO2的方法。
你如何将二氧化碳与一氧化碳分开？金泽大学的一项新研究展示的一种方法是使用一碗钒。更准确地说，钒酸盐分子的空心球形簇可以区分CO和CO 2，从而可以用于CO 2的储存和捕获。
在分子尺度上，小物体可以放入较大的物体中，就像在日常生活中一样。由此产生的排列称为主客体相互作用，通过静电和氢键等非共价力稳定。每个主人都会愉快地接收某些分子，同时关闭其他分子，这取决于它的入口大小以及它可以为客人提供多少内部空间。
一种这样的主体是V12--由12个过渡金属钒原子制成的粗球，通过32个氧原子连接。碗状结构在一端有一个开口，宽度为0.44纳米，非常适合让正确的分子嵌入腔内。
“V12接受一系列小型有机化合物的客人，”金泽研究在Angewandte Chemie的共同通讯作者Yuji Kikukawa说。“事实上，很难单独隔离一个空的V12。当主机稳定其客人时，客户会回报 - 如果我们移除客人，主机很快就会用另一个分子替换它。”
V12中的每个钒原子形成具有五个氧的正方形金字塔。每个VO 5的氧指向外，而来自钒的正电荷填充内腔，有助于稳定富电子（或阴离子）客体。然而，金泽团队首次使用溶剂 - 丙酮 - 创造了一种无客户V12，其分子太大而无法穿过入口。
为了弥补失踪的客人，空的V12碗做了意想不到的事情。底部的VO 5单元向内翻转，就像一把伞在大风中翻转。现在，主体腔被单个“倒置”VO 5的负端氧填充。在金属氧化物簇中从未见过这种原子转移以适应新的结构，称为多面体重排。可以通过红外光谱监测结构转变。
“我们随后拿走了空的V12并探索了哪些客人可以插回碗中，”作者说。“氮，甲烷和一氧化碳都被拒绝，但二氧化碳容易吸收。这立即提出了一种方法来分离CO 2从其它气体。”
事实上，V12和CO 2证明了CO这种完美契合2可以即使在低气压被插入。因此V12可能是CO的理想解决方案2捕获到应对气候变化，甚至在CO 2储存人工光合作用的新兴技术。