美国希望实现稀土元素提取突破，以提升其在关键技术领域的地位

对稀土元素的需求正在疯狂增长，但它们的开采仍然是一个巨大的挑战。

想知道是什么让你的智能手机屏幕如此明亮和丰富多彩吗？秘密在于一组被称为稀土元素（REE）的特殊金属。这些元素将不可见的紫外线或蓝光转化为你在屏幕上看到的鲜艳的红色、绿色和蓝色。

然而，稀土元素的作用不仅仅是点亮你的手机。它们是制造强磁铁、锐利显示器和高效电池的关键，而这些都是智能手机、电动汽车、风力涡轮机和许多其他现代技术的关键部件。

然而，目前提取稀土元素的方法非常复杂、昂贵、对环境有害，而且效率不高。

德克萨斯大学奥斯汀分校（UTexas）教授Manish Kumar说：“稀土元素是先进技术的支柱，但它们的提取和纯化是能源密集型的，极难在所需的规模上实施。”

Kumar和他的团队开发了一种特殊的人工膜通道，可以克服这个问题，使稀土比以往任何时候都更容易获得。以下是这项有趣的创新是如何运作的。

受转运蛋白启发的膜通道

人体细胞有特殊的蛋白质，只允许某些离子通过，而阻止其他离子通过。生物系统的这种选择性是研究人员开发的人工膜通道背后的灵感。

人工通道是膜上的小孔，由改性的柱芳烃分子组成，环状分子可以选择性地结合和释放其他分子。只有特定的离子才能通过每个孔。

在这种情况下，人工通道选择性地输送来自稀土元素铽和铕的离子，并限制钙、钾等常规离子的移动。

在实验室测试时，这些通道显示出令人印象深刻的结果。它们能够以高达40倍的选择性选择一种稀土元素。例如，它们可以让铕通过，同时阻挡类似的金属，如镧或镱。

这是一件大事，因为传统的化学提取方法通常需要许多步骤和苛刻的溶剂才能达到这种分离水平。“这些选择性水平明显高于传统的基于溶剂的方法，传统的方法需要几十个阶段才能达到类似的结果，”德克萨斯大学的研究小组补充说。

研究人员通过计算机模拟进一步证实了这些结果，证明他们的人造膜有可能彻底改变稀土的提取。此外，模拟结果表明，人工通道能够有效地选择稀土离子，因为水分子在这些离子周围的排列方式不同。

稀土将是下一个大事件

根据一些报道，未来10年，对稀土元素的需求可能激增2600%以上。这是因为不仅是现代技术，而且许多未来的技术，如量子计算、先进半导体和绿色氢生产，也将依赖于这些特殊元素。

该研究的作者还计划将他们的人工膜通道转变为适合工业使用的可扩展系统。为此，他们正在开发一个平台，使他们能够传输稀土离子和锂、镍等关键元素的离子。

“这是将自然界复杂的分子识别和运输策略转化为强大的工业过程的第一步，从而为当前方法不足的环境带来高选择性，”该研究的第一作者、德克萨斯大学的研究助理Harekrushna Behera说。

人工膜通道对稀土提取的简便性和可持续性具有重要作用。

这项研究发表在ACS Nano杂志上。

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