“翻转”金属氧化物笼使二氧化碳从一氧化碳中分离

日本金泽大学领导的一个研究小组研究了使用一碗钒从一氧化碳中分离二氧化碳。

更准确地说，钒酸盐分子的空心球形团簇可以将CO和CO2区分开来，从而可以用于CO2的捕集和封存。

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，这取决于其入口的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。碗状结构的一端有一个开口，宽度为0.44纳米，非常适合让正确的分子嵌入腔内。

金泽研究团队在Angewandte Chemie的共同通讯作者Yuji Kikukawa说“V12接受了一系列小型有机化合物的客人。实际上，很难将空的V12单独隔离。当主机稳定其客户时，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VO5的氧指向外，而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 - 丙酮制造了一种无客户的V12，其分子太大而不能通过入口。

为了弥补失踪的客人，空的V12碗做出了意想不到的事情。底部的VO5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”VO5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。

作者解释道：“然后，我们拿走了空的V12并探索了哪些客人可以插回碗中。氮气，甲烷和一氧化碳都被排除，但二氧化碳很容易被吸收。这立即提示了一种将二氧化碳与其他气体分离的方法。”

实际上，V12和CO2被证明是完美的，即使在低气压下也可以插入CO2。因此，V12可能是二氧化碳捕集的理想解决方案，可以应对气候变化，甚至可以用于人工光合作用新兴技术的二氧化碳封存。