Акцијата на превртување во порозен материјал го олеснува минувањето на нормалната вода за да се оддели од тешката вода.
Истражувачка група предводена од Сусуму Китагава од Институтот за науки за клеточни материјали (iCeMS) на Универзитетот во Кјото, Јапонија и Ченг Гу од Технолошкиот универзитет на Јужна Кина, Кина, направија материјал кој може ефикасно да ја одвои тешката вода од нормалната вода на собна температура. Досега овој процес беше многу тежок и енергетски интензивен. Наодите имаат импликации за индустриски – па дури и биолошки – процеси кои вклучуваат користење на различни форми на иста молекула. Научниците ги објавија своите резултати во списанието природата.
Изотополози се молекули кои имаат иста хемиска формула и чии атоми се поврзуваат во слични распореди, но барем еден од нивните атоми има различен број на неутрони од матичната молекула. На пример, молекула на вода (H2О) се формира од еден кислород и два атоми на водород. Јадрото на секој од атомите на водород содржи еден протон и нема неутрони. Во тешка вода (Д2О), од друга страна, атомите на деутериум (D) се водородни изотопи со јадра што содржат еден протон и еден неутрон. Тешката вода има примена во нуклеарни реактори, медицински слики и во биолошки истражувања.
„Водните изотополози се едни од најтешките за издвојување бидејќи нивните својства се многу слични“, објаснува научникот за материјали Ченг Гу. „Нашата работа обезбеди невиден механизам за одвојување на изотополози на вода користејќи метод на адсорпција-сепарација.
Гу и хемичарот Сусуму Китагава, заедно со колегите, ја засноваа својата техника на сепарација на порозен координативен полимер (ПЦП) базиран на бакар. PCP се порозни кристални материјали формирани од метални јазли поврзани со органски поврзувачи. Тимот тестираше два PCP направени со различни типови на поврзувачи.
Она што ги прави нивните PCP особено важни за изотополошка сепарација е тоа што поврзувачите се превртуваат кога умерено се загреваат. Оваа акција на превртување делува како порта, дозволувајќи им на молекулите да минуваат од еден „кафез“ во PCP во друг. Движењето е блокирано кога материјалот се лади.
Кога научниците ги изложиле своите „динамички кристали на флип-флоп“ на пареа што содржи мешавина од нормална, тешка и полутешка вода, а потоа малку ја загреале, тие апсорбирале нормална вода многу побрзо отколку другите два изотополози. Клучно, овој процес се случи во опсегот на собна температура.
„Адсорптивното раздвојување на изотополози на вода во нашата работа е значително супериорно во однос на конвенционалните методи поради многу високата селективност при работа на собна температура“, вели Китагава. „Ние сме оптимисти дека ќе се развијат нови материјали водени од нашата работа за да се одвојат другите изотополози.
Референца: „Одвојување на изотополози на вода користејќи порозни материјали за регулација на дифузијата“ од Јан Су, Кен-ичи Отаке, Џиа-Џија Женг, Сатоши Хорике, Сусуму Китагава и Ченг Гу, 9 ноември, природата.
ДОИ: 10.1038 / s41586-022-05310-година
