Estruturas de ânions de CH 2 Cl 2 (convidado) V12 inserido (à esquerda) e V12 livre de convidado são mostrados. As pirâmides dos quadrados laranja e vermelho representam o VO 5 unidades com suas bases direcionadas para o centro da tigela, e o VO invertido 5 unidade. Esferas verdes e pretas representam Cl e C, respectivamente. Átomos de hidrogênio de CH 2 Cl 2 são omitidos para maior clareza. Crédito:Kanazawa University
Como você separa o dióxido de carbono do monóxido de carbono? Mão única, apresentado por um novo estudo da Universidade de Kanazawa, é usar uma tigela de vanádio. Mais precisamente, um oco, cluster esférico de moléculas de vanadato pode discriminar entre CO e CO 2 , permitindo usos potenciais em CO 2 armazenamento e captura.
Na escala molecular, objetos pequenos podem caber dentro de objetos maiores, assim como no mundo cotidiano. Os arranjos resultantes, conhecidas como interações hospedeiro-convidado, são estabilizados por forças não covalentes como eletrostática e ligações de hidrogênio. Cada hospedeiro ficará feliz em receber certas moléculas, enquanto exclui outros, dependendo do tamanho de sua entrada e de quanto espaço interior pode oferecer ao hóspede.
Um desses hospedeiros é V 12 - uma esfera áspera feita de 12 átomos do metal de transição vanádio, conectado através de 32 átomos de oxigênio. A estrutura em forma de tigela tem uma abertura em uma extremidade, com largura de 0,44 nanômetros, perfeito para deixar entrar a molécula certa para se aninhar dentro da cavidade.
"V 12 aceita uma variedade de convidados na escala de pequenos compostos orgânicos, "diz Yuji Kikukawa, co-autor correspondente do estudo de Kanazawa em Angewandte Chemie . "Na verdade, é bastante difícil isolar um V vazio 12 por si próprio. Enquanto o host estabiliza seu convidado, então o convidado retribui o favor - se removermos o convidado, o hospedeiro rapidamente a substitui por outra molécula. "
Espectro IV de CH 2 Cl 2 -inserted V12 e guest-free V12 são mostrados em espectros preto e vermelho, respectivamente. A posição de pico na região destacada do V12 inserido no convidado e V12 livre do convidado é diferente devido ao VO 5 inversão de unidade. Os espectros de V12 livre de convidado são registrados sob pressão atmosférica de CO 2 (azul) e CO (verde) a 25 ºC. Da posição de pico, CO 2 pode ser interagido com a tigela V12 interna, enquanto CO não mostra nenhuma interação com a tigela dentro. Crédito:Kanazawa University
Cada átomo de vanádio em V 12 forma uma pirâmide quadrada com cinco oxigênios. Os oxigênios de cada VO 5 apontar para fora, enquanto a carga positiva de vanádio preenche a cavidade interna, ajudando a estabilizar hóspedes ricos em elétrons (ou aniônicos). Contudo, a equipe de Kanazawa criou um V livre de convidados 12 pela primeira vez, usando um solvente - acetona - cujas moléculas são muito volumosas para caber na entrada.
Para compensar o convidado desaparecido, o V vazio 12 tigela fez algo inesperado. O VO 5 unidade na parte inferior virada para dentro, como um guarda-chuva invertido ao vento forte. Agora, a cavidade hospedeira foi preenchida pelo oxigênio terminal negativo do único VO "de cabeça para baixo" 5 . Esta mudança atômica para acomodar uma nova estrutura, denominado um rearranjo politópico, nunca tinha sido visto em aglomerados de óxido de metal. A transformação da estrutura pode ser monitorada por espectroscopia de infravermelho.
"Nós então pegamos o V vazio 12 e exploramos quais convidados poderíamos inserir de volta na tigela, "dizem os autores." Nitrogênio, metano e monóxido de carbono foram todos rejeitados, mas o dióxido de carbono foi prontamente absorvido. Isso sugere imediatamente uma maneira de separar o CO 2 de outros gases. "
Na verdade, V 12 e companhia 2 provou ser um ajuste tão perfeito que CO 2 pode ser inserido mesmo em baixa pressão atmosférica. V 12 pode, portanto, ser uma solução ideal em CO 2 captura para combater as mudanças climáticas, e até mesmo em CO 2 armazenamento para a tecnologia emergente de fotossíntese artificial.
