'n Omdraaiaksie in 'n poreuse materiaal vergemaklik die deurgang van normale water om dit van swaar water te skei.
’n Navorsingsgroep onder leiding van Susumu Kitagawa van die Kyoto-universiteit se Instituut vir Sel-Materiaalwetenskappe (iCeMS), Japan en Cheng Gu van die Suid-Chinese Universiteit van Tegnologie, China, het ’n materiaal gemaak wat swaar water effektief van normale water by kamertemperatuur kan skei. Tot nou toe was hierdie proses baie moeilik en energie-intensief. Die bevindings het implikasies vir industriële – en selfs biologiese – prosesse wat die gebruik van verskillende vorme van dieselfde molekule behels. Die wetenskaplikes het hul resultate in die joernaal gerapporteer Aard.
Isotopoloë is molekules wat dieselfde chemiese formule het en waarvan die atome in soortgelyke rangskikkings bind, maar ten minste een van hul atome het 'n ander aantal neutrone as die moedermolekule. Byvoorbeeld, 'n watermolekule (H2O) word gevorm uit een suurstof- en twee waterstofatome. Die kern van elk van die waterstofatome bevat een proton en geen neutrone nie. In swaar water (D2O), aan die ander kant, is die deuterium (D) atome waterstofisotope met kerne wat een proton en een neutron bevat. Swaar water het toepassings in kernreaktors, mediese beeldvorming en in biologiese ondersoeke.
"Water-isotopoloë is van die moeilikste om te skei omdat hul eienskappe so soortgelyk is," verduidelik materiaalwetenskaplike Cheng Gu. "Ons werk het 'n ongekende meganisme verskaf om waterisotopoloë te skei deur 'n adsorpsie-skeidingsmetode te gebruik."
Gu en chemikus Susumu Kitagawa, saam met kollegas, het hul skeidingstegniek op 'n kopergebaseerde poreuse koördinasiepolimeer (PCP) gebaseer. PCP's is poreuse kristallyne materiale wat gevorm word van metaalnodes wat deur organiese skakelaars verbind word. Die span het twee PCP's getoets wat met verskillende tipes skakelaars gemaak is.
Wat hul PCP's veral belangrik maak vir isotopoloog-skeiding, is dat die koppelaars omdraai wanneer dit matig verhit word. Hierdie draai-aksie tree op soos 'n hek, wat molekules toelaat om van een 'hok' in die PCP na 'n ander te beweeg. Beweging word geblokkeer wanneer die materiaal afgekoel word.
Toe die wetenskaplikes hul 'flip-flop dinamiese kristalle' blootgestel het aan damp wat 'n mengsel van normale, swaar en semi-swaar water bevat en dit dan effens verhit het, het hulle normale water baie vinniger geadsorbeer as die ander twee isotopoloë. Die belangrikste is dat hierdie proses binne kamertemperatuurreekse plaasgevind het.
"Die adsorptiewe skeiding van water isotopoloë in ons werk is aansienlik beter as konvensionele metodes as gevolg van baie hoë selektiwiteit by kamertemperatuur werking," sê Kitagawa. "Ons is optimisties dat nuwe materiale wat deur ons werk gelei word, ontwikkel sal word om ander isotopoloë te skei."
Verwysing: "Skei van water isotopoloë met behulp van diffusie-regulerende poreuse materiale" deur Yan Su, Ken-ichi Otake, Jia-Jia Zheng, Satoshi Horike, Susumu Kitagawa en Cheng Gu, 9 November, Aard.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05310-y
