تسهل عملية التقليب في مادة مسامية مرور الماء العادي لفصله عن الماء الثقيل.
صنعت مجموعة بحثية بقيادة سوسومو كيتاجاوا من معهد جامعة كيوتو لعلوم المواد الخلوية (iCeMS) باليابان وتشينج جو من جامعة جنوب الصين للتكنولوجيا ، الصين مادة يمكنها بشكل فعال فصل الماء الثقيل عن الماء العادي في درجة حرارة الغرفة. حتى الآن ، كانت هذه العملية صعبة للغاية وتستهلك الكثير من الطاقة. النتائج لها آثار على العمليات الصناعية - وحتى البيولوجية - التي تنطوي على استخدام أشكال مختلفة من نفس الجزيء. أبلغ العلماء نتائجهم في المجلة الطبيعة.
النظائر المشعة هي جزيئات لها نفس الصيغة الكيميائية وترتبط ذراتها بترتيبات متشابهة ، ولكن واحدة على الأقل من ذراتها تحتوي على عدد من النيوترونات يختلف عن الجزيء الأصلي. على سبيل المثال ، جزيء الماء (H2O) يتكون من ذرة أكسجين واثنين من ذرات الهيدروجين. تحتوي نواة كل ذرة من ذرات الهيدروجين على بروتون واحد ولا تحتوي على نيوترونات. في الماء الثقيل (د2O) ، من ناحية أخرى ، فإن ذرات الديوتيريوم (D) هي نظائر هيدروجين مع نوى تحتوي على بروتون واحد ونيوترون واحد. الماء الثقيل له تطبيقات في المفاعلات النووية والتصوير الطبي والتحقيقات البيولوجية.
يوضح عالم المواد تشنغ جو: "تعتبر نظائر الماء من بين الأصعب في الفصل لأن خصائصها متشابهة جدًا". "قدم عملنا آلية غير مسبوقة لفصل نظائر الماء باستخدام طريقة الامتزاز والفصل."
اعتمد قو والكيميائي سوسومو كيتاجاوا مع زملائهم تقنية الفصل على بوليمر تنسيق مسامي قائم على النحاس (PCP). الفينول الخماسي الكلور عبارة عن مواد بلورية مسامية تتكون من عقد معدنية متصلة بواسطة روابط عضوية. اختبر الفريق اثنين من PCPs مصنوعين من أنواع مختلفة من الوصلات.
ما يجعل PCPs الخاصة بهم مهمة بشكل خاص لفصل النظائر هو أن الروابط تقلب عند تسخينها بشكل معتدل. يعمل عمل التقليب هذا كبوابة ، مما يسمح للجزيئات بالمرور من "قفص" في PCP إلى آخر. يتم حظر الحركة عند تبريد المادة.
عندما كشف العلماء `` بلوراتهم الديناميكية المتقلبة '' لبخار يحتوي على خليط من الماء العادي والثقيل وشبه الثقيل ثم قاموا بتسخينه قليلاً ، امتصوا الماء العادي بشكل أسرع بكثير من نظرائهم الآخرين. بشكل حاسم ، حدثت هذه العملية ضمن نطاقات درجة حرارة الغرفة.
يقول كيتاجاوا: "إن الفصل الامتزازي لنظائر الماء في عملنا يتفوق بشكل كبير على الطرق التقليدية بسبب الانتقائية العالية جدًا في درجة حرارة الغرفة". "نحن متفائلون بأن المواد الجديدة التي يسترشد بها عملنا سيتم تطويرها لفصل النظائر الأخرى."
المرجع: "فصل نظائر الماء باستخدام مواد مسامية منظمة للانتشار" بقلم يان سو وكين إيتشي أوتاكي وجيا جيا زينج وساتوشي هوريك وسوسومو كيتاجاوا وتشينج جو ، 9 نوفمبر ، الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05310-y
