铁与氧在人体内的结合十分常见，其中最广为人知的是血红蛋白中铁与二氧分子（两个氧原子成对）结合，从而承担血液运输氧气的功能。除血红蛋白外，体内还存在多种铁-氧化物相关化合物，例如肝脏中参与药物代谢的酶会利用高活性的铁-氧化物。

莱斯大学化学家劳尔·埃尔南德斯·桑切斯（Raul Hernandez Sanchez）将研究兴趣扩展到氧气与其他金属的反应，重点关注元素周期表底部的f区金属，包括上排的镧系元素与下排的锕系元素。他提出，如果镧系元素能够与氧结合，可能形成高活性的镧系-氧化物化合物，从而为研究相关生物反应的小分子化学家提供新的合成工具，并在一定程度上作为铁-氧化物的合成替代品。

研究面临的关键障碍在于，f区金属尤其是镧系元素通常难以通过π相互作用与氧等小分子结合，而π相互作用被认为是蛋白质等生物材料中重要的相互作用形式。

在发表于《美国化学会杂志》（Journal of the American Chemical Society）的一项研究中，埃尔南德斯·桑切斯及其团队报告了一种实现二氧分子与镧系金属钕之间π相互作用的方法，并据此合成了镧系-氧化物。埃尔南德斯·桑切斯表示，团队此前开发了一个配体平台，可将其理解为一个“篮子”，用于捕获并定位金属，以促进特定类型的化学结合。

研究团队使用的“篮子”结构可容纳一个f区金属原子。实验中，研究人员将两个“篮子”相对布置，并在两者之间设置由六个原子构成的桥联结构，其中包含一个二氧分子，用以桥接两个钕原子，从而形成一个八配位的配体环境，用于调节金属的位置。

论文第一作者、博士后研究员徐鸿磊表示，在将镧系元素置于配体“篮子”后，团队持续探索其对小分子底物的反应性，最终在合适条件下以此前未见的方式捕获二氧分子。

研究称，在这些条件下，钕与二氧分子之间形成了π相互作用并生成镧系-氧化物分子。研究人员表示，下一步可测试这类高活性分子能否作为铁-氧化物的合成替代品，以及是否能够提供铁-氧化物体系所不具备的选择。

尽管该论文仅以钕为研究对象，埃尔南德斯·桑切斯团队提出，类似反应有望在相同配体骨架下扩展至大多数镧系元素，甚至可能包括锕系元素。埃尔南德斯·桑切斯称，将二氧分子结合到f区金属并断开两个氧原子之间的键，可能有助于揭示高活性的镧系氧化物，并用于合成高附加值化学品。