The Mechanism Responsible for Extraordinary Cs Ion Selectivity in Crystalline Silicotitanate

化学 选择性 离子 离子交换 化学物理 杠杆 结晶学 机制(生物学) 无机化学 有机化学 催化作用 哲学 认识论 物理 量子力学
作者
Aaron J. Celestian,James D. Kubicki,Jonathan C. Hanson,Abraham Clearfield,John B. Parise
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:130 (35): 11689-11694 被引量:135
标识
DOI:10.1021/ja801134a
摘要

Combining information from time-resolved X-ray and neutron scattering with theoretical calculations has revealed the elegant mechanism whereby hydrogen crystalline silicotitanate (H-CST; H2Ti2SiO7·1.5H2O) achieves its remarkable ion-exchange selectivity for cesium. Rather than a simple ion-for-ion displacement reaction into favorable sites, which has been suggested by static structural studies of ion-exchanged variants of CST, Cs+ exchange proceeds via a two-step process mediated by conformational changes in the framework. Similar to the case of ion channels in proteins, occupancy of the most favorable site does not occur until the first lever, cooperative repulsive interactions between water and the initial Cs-exchange site, repels a hydrogen lever on the silicotitanate framework. Here we show that these interactions induce a subtle conformational rearrangement in CST that unlocks the preferred Cs site and increases the overall capacity and selectivity for ion exchange.

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