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【MOF吸附稀土金属】：精心设计的纳米陷阱结构，可在单一步骤中高效分离稀土元素
摘要：
南昌大学梁汝萍、邱建丁教授等报道的本篇文章中（Nat Commun 15, 1558）研究报道了一种新型的稀土元素（REEs）纳米陷阱，命名为NCU-1，它具有密集的未配位羧基和三唑氮原子，构成了一个双层穿插的金属有机框架。NCU-1具有合适的孔径尺寸和REE纳米陷阱，对稀土离子的大小变化高度敏感，对轻稀土元素具有很高的选择性。通过Pr / Lu和Nd / Er作为二元模型，实现了高效的分离，证明了这种方法对于单步高效分离的重要性。通过从矿尾中高效、选择性地提取和分离REEs，为可持续获得高纯度REEs建立了重要的平台。
研究背景：
提取稀土元素（REE）是一个重要的挑战，由于干扰离子过多、REE浓度低、化学性质相似，导致其选择性分离和提纯仍然面临着巨大挑战。已有的分离方法包括分馏结晶、溶剂萃取和液膜分离等，但是存在效率低、生成有毒有机废物等问题。本文提出了利用金属有机框架（MOFs）设计适当孔径和高密度活性位点的新型REE纳米陷阱，实现了对轻REES的高效分离，为从矿尾中提取高纯度REEs提供了新思路。
实验部分：
1) 吸附等温分析表明NCU-1对Pr3+、Nd3+等REEs表现出很高的最大吸附量。
2) 吸附动力学研究显示NCU-1对REE离子的吸附速度很快，并且具有良好的可逆性，可循环使用。
3) 实验结果展示了NCU-1对REE离子的高选择性吸附，尤其在pH值为4.5时表现出优异的分离效果。
4) 通过对自然矿尾的实验，证明NCU-1能够有效地从矿尾中选择性地捕获和分离REEs。二元REE离子分离实验结果显示，NCU-1能够高效分离不同大小的REE离子，具有很高的选择性。
分析测试：
1) 通过FT-IR、XPS等分析，揭示了NCU-1与REE离子之间的强相互作用，包括与未配位羧基、水分子和三唑氮原子的结合。
2) 通过Cryo-EM检测，观察到NCU-1与REE离子形成氧化物物种的结晶结构。密度泛函理论计算结果显示，NCU-1与REE离子之间的结合能力和选择性与离子大小有关，轻REE离子有更强的结合能力。
总结：
NCU-1通过设计合适孔径和高密度活性位点，实现了对轻REE离子的高效分离，为从矿尾中提取高纯度REEs提供了有效方案。未来工作可以进一步优化NCU-1结构，提高吸附效率和选择性，拓展其在实际工业应用中的潜力。
展望：
作者可以进一步研究NCU-1与其他离子的相互作用，探索更广泛的应用领域。可以考虑优化NCU-1的合成方法，提高产量和稳定性。可以进一步探讨NCU-1在废水处理和环境保护领域的应用前景。
Rationally designed nanotrap structures for efficient separation of rare earth elements over a single step
文章作者：Qing-Hua Hu, An-Min Song, Xin Gao, Yu-Zhen Shi, Wei Jiang, Ru-Ping Liang & Jian-Ding Qiu
DOI：10.1038/s41467-024-45810-1
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45810-1
