Unha acción de volteo nun material poroso facilita o paso da auga normal para separala da auga pesada.
Un grupo de investigación liderado por Susumu Kitagawa do Instituto de Ciencias de Materiais Celulares (iCeMS) da Universidade de Kioto, Xapón e Cheng Gu da Universidade Tecnolóxica do Sur de China, China elaboraron un material que pode separar eficazmente a auga pesada da auga normal a temperatura ambiente. Ata o de agora, este proceso era moi difícil e con moita enerxía. Os descubrimentos teñen implicacións para procesos industriais, e mesmo biolóxicos, que implican o uso de diferentes formas da mesma molécula. Os científicos informaron os seus resultados na revista Natureza.
Os isotopólogos son moléculas que teñen a mesma fórmula química e cuxos átomos se unen en disposicións similares, pero polo menos un dos seus átomos ten un número de neutróns diferente ao da molécula nai. Por exemplo, unha molécula de auga (H2O) está formado por un átomo de osíxeno e dous de hidróxeno. O núcleo de cada un dos átomos de hidróxeno contén un protón e ningún neutrón. En augas pesadas (D2O), pola contra, os átomos de deuterio (D) son isótopos de hidróxeno con núcleos que conteñen un protón e un neutrón. A auga pesada ten aplicacións en reactores nucleares, imaxes médicas e investigacións biolóxicas.
"Os isotopólogos da auga están entre os máis difíciles de separar porque as súas propiedades son moi similares", explica o científico de materiais Cheng Gu. "O noso traballo proporcionou un mecanismo sen precedentes para separar isotopólogos de auga mediante un método de adsorción e separación".
Gu e o químico Susumu Kitagawa, xunto con colegas, basearon a súa técnica de separación nun polímero de coordinación porosa (PCP) a base de cobre. Os PCP son materiais cristalinos porosos formados por nodos metálicos conectados por enlaces orgánicos. O equipo probou dous PCP feitos con diferentes tipos de enlaces.
O que fai que os seus PCP sexan especialmente importantes para a separación de isotopólogos é que os enlazadores se voltean cando se quentan moderadamente. Esta acción de voltear actúa como unha porta, permitindo que as moléculas pasen dunha "gaiola" a outra do PCP. O movemento está bloqueado cando o material se arrefría.
Cando os científicos expuxeron os seus 'cristais dinámicos flip-flop' a vapor que contiña unha mestura de auga normal, pesada e semipesada e despois quentárono lixeiramente, absorberon auga normal moito máis rápido que os outros dous isotopólogos. De xeito crucial, este proceso ocorreu dentro dos intervalos de temperatura ambiente.
"A separación por adsorción dos isotopólogos da auga no noso traballo é substancialmente superior aos métodos convencionais debido á moi alta selectividade a temperatura ambiente", di Kitagawa. "Estamos optimistas de que se desenvolverán novos materiais guiados polo noso traballo para separar outros isotopólogos".
Referencia: "Separando isotopólogos de auga usando materiais porosos reguladores da difusión" por Yan Su, Ken-ichi Otake, Jia-Jia Zheng, Satoshi Horike, Susumu Kitagawa e Cheng Gu, 9 de novembro, Natureza.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05310-y
