27 October 2023, 17:10

Перфторированные дикетоны улучшат технологию добычи редкоземельных металлов

Редкоземельные металлы, такие как скандий, иттрий, европий, широко используются в электронике, медицине, энергетике, производстве постоянных магнитов, катализаторов для переработки нефти и газа, а также в производстве специальных сплавов для аэрокосмической промышленности. Однако редкоземельные металлы трудно разделить между собой. В растворе это можно сделать за счет жидкофазной экстракции с применением селективных реагентов. Например, таких как перфторированные дикетоны. Перфторированные гетероциклические дикетоны – соединения, содержащие в себе атомы фтора, а также один из атомов халькогенов – кислород, сера, селен или теллур. Они могут взаимодействовать с ионами редкоземельных металлов и селективно их разделять.

Перфторированные дикетоны улучшат технологию добычи редкоземельных металлов
Максим Лутошкин, кандидат химических наук, научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН

В серии нескольких работ, ученый Красноярского научного центра СО РАН определил параметры взаимодействия перфторированных дикетонов с ионами редкоземельных металлов, а обобщённые результаты помогли понять фундаментальные закономерности. Понимание этих процессов поможет более эффективно извлекать редкоземельные металлы из их рассеянных месторождений.

Специалист собрал большое количество данных и определил более 150 констант устойчивости – меры энергии взаимодействия между ионами металлов и дикетонами. Знание констант устойчивости важно для определения условий проведения химических реакций и выбора оптимальных условий для разделения редкоземельных металлов. Химик рассмотрел, как влияют на эти свойства различные атомы, входящие в состав дикетонов, а также расположение этих атомов относительно друг друга. Изучение замещенных групп показало, что в случае дикетонов проявляются «антикулоновское» поведение. Согласно электростатической модели взаимодействия, дикетоны с более тяжелыми атомами халькогена в гетероциклическом кольце должны образовывать более слабые комплексы с металлами, а эксперимент показывает обратное. Таким образом, найденные корреляции обратно противоположны тому, что предсказывает электростатическая модель взаимодействия металла с ионами. Корреляция между самими металлами в рамках одного дикетона, напротив, демонстрирует строгую кулоновскую корреляцию.

«В серии работ, предшествующих этой статьи, был получен большой массив спектральных и термодинамических данных о взаимодействии редкоземельных элементов с дикетонами. Однако получить точные значения сильно мешала нехватка данных о взаимодействии металлов с фоновыми ионами буфера. В данной статьей я обобщил все имеющееся данные для оценки этого влияния и получил точные корреляции констант устойчивости с периодическими параметрами. Точное определение констант устойчивости не только позволит получить полезные данные для селективного разделения металлов и лучше понять природу связывания металлов с дикетонами. При выполнении работы была активно задействована приборная база Красноярского регионального центра коллективного пользования (КРЦКП СО РАН), а также расчетные ресурсы Института вычислительного моделирования СО РАН. Приятно, что моя работа выбрана в качестве иллюстрации октябрьского выпуска престижного химического журнала», — рассказал Максим Лутошкин, кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории молекулярной спектроскопии и анализа Института химии и химической технологии СО РАН.

Результаты, обобщающие серию исследовательских работ, опубликованы в журнале американского химического общества The Journal of Physical Chemistry A и выбраны в качестве иллюстрации обложки октябрьского номера этого издания. Пресс-релиз: https://ksc.krasn.ru/news/perftorirovannye_diketony/

News article publications

Read also

Новый подход, позволяющий создавать светоизлучающие материалы на основе палладия
Химики разработали подход, позволяющий создавать новые светоизлучающие материалы на основе органических соединений палладия. Открытие в перспективе может стать основой для светодиодов нового поколения, которые будут использованы при создании дисплеев в смартфонах, мониторов, а также приборов ночного видения.
Metals and their alloys
Organic Chemistry
Organometallic chemistry
25 March 2024
Тугоплавкие сплавы позволят выдерживать температуры до 1000°С
Ученые доказали, что жаростойкость и прочность тугоплавких сплавов не зависят от количества входящих в их состав компонентов, как считалось ранее. Самую высокую жаростойкость при 1000°С показал сплав из трех металлов, а именно ниобия, титана и хрома, тогда как лучшую прочность продемонстрировал сплав из ниобия и хрома. Это открытие позволит разрабатывать перспективные сплавы для производства двигателей нового поколения, не требующих систем охлаждения.
High temperature materials
Materials Science
Metals and their alloys
15 March 2024
Новый класс материалов ускорит разработку безопасных аккумуляторов
Химики нашли новый класс материалов, который сможет ускорить разработку мультивалентных металл-ионных аккумуляторов. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, такие накопители будут безопаснее в эксплуатации и значительно дешевле.
"Green" chemistry
Chemical technology
Materials Science
18 February 2024
Новый способ предсказания свойств магнитных сплавов с помощью машинного обучения
Ученые из Сколтеха и МФТИ с коллегами из Германии, Австрии и Норвегии предложили и верифицировали новый способ для компьютерного моделирования магнитных сплавов с помощью машинно-обучаемых потенциалов. В методе в качестве переменных учитываются магнитные моменты атомов (магнитные степени свободы), благодаря чему он успешно предсказал энергию, механические и магнитные характеристики сплава железа и алюминия. Ученые планируют добавить в метод активное обучение и протестировать его на другом материале — нитриде хрома.
Chemical Physics
Machine learning
Metals and their alloys
16 February 2024
Сплав никеля, марганца, олова и меди сделает холодильники экологичнее
Ученые выяснили, что сплав никеля, марганца, олова и небольшого количества меди под действием магнитных полей (при разовом включении/выключении магнитного поля) практически необратимо охлаждается на 13°С. Авторы предложили использовать эту особенность в гибридных системах охлаждения бытовых приборов, например холодильников. Такие системы комбинируют различные методы охлаждения для достижения более эффективной и экологически устойчивой работы.
Materials Science
Mechanics of materials
Metals and their alloys
2 February 2024
Обнаружены новые особенности спирального антиферромагнетика GdRu2Si2
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Materials Science
Nanotechnology
Spectroscopy
26 December 2023