Ang isang flipping action sa isang porous na materyal ay nagpapadali sa pagpasa ng normal na tubig upang ihiwalay ito mula sa mabigat na tubig.
Isang pangkat ng pananaliksik na pinamumunuan ni Susumu Kitagawa ng Kyoto University's Institute for Cell-Material Sciences (iCeMS), Japan at Cheng Gu ng South China University of Technology, China ay gumawa ng materyal na epektibong makapaghihiwalay ng mabigat na tubig mula sa normal na tubig sa temperatura ng silid. Hanggang ngayon, ang prosesong ito ay napakahirap at masinsinang enerhiya. Ang mga natuklasan ay may mga implikasyon para sa pang-industriya - at maging biological - na mga proseso na may kinalaman sa paggamit ng iba't ibang anyo ng parehong molekula. Iniulat ng mga siyentipiko ang kanilang mga resulta sa journal Kalikasan.
Ang mga isotopologue ay mga molekula na may parehong pormula ng kemikal at ang mga atomo ay nagbubuklod sa magkatulad na kaayusan, ngunit kahit isa sa kanilang mga atomo ay may ibang bilang ng mga neutron kaysa sa molekula ng magulang. Halimbawa, ang isang molekula ng tubig (H2O) ay nabuo ng isang oxygen at dalawang hydrogen atoms. Ang nucleus ng bawat isa sa mga atomo ng hydrogen ay naglalaman ng isang proton at walang mga neutron. Sa mabigat na tubig (D2O), sa kabilang banda, ang mga deuterium (D) na mga atomo ay hydrogen isotopes na may nuclei na naglalaman ng isang proton at isang neutron. Ang mabigat na tubig ay may mga aplikasyon sa mga nuclear reactor, medical imaging, at sa biological na pagsisiyasat.
"Ang mga isotopologo ng tubig ay kabilang sa pinakamahirap na paghiwalayin dahil ang kanilang mga katangian ay magkatulad," paliwanag ng siyentipikong materyal na si Cheng Gu. "Ang aming trabaho ay nagbigay ng isang hindi pa nagagawang mekanismo para sa paghihiwalay ng mga isotopologo ng tubig gamit ang isang paraan ng paghihiwalay ng adsorption."
Sina Gu at chemist na si Susumu Kitagawa, kasama ang mga kasamahan, ay nakabatay sa kanilang separation technique sa isang copper-based porous coordination polymer (PCP). Ang mga PCP ay mga buhaghag na mala-kristal na materyales na nabuo sa mga metal na node na konektado ng mga organikong linker. Sinubukan ng koponan ang dalawang PCP na ginawa gamit ang iba't ibang uri ng mga linker.
Ang dahilan kung bakit lalong mahalaga ang kanilang mga PCP para sa paghihiwalay ng isotopologue ay ang pag-flip ng mga link kapag katamtamang pinainit. Ang pagkilos na ito ay kumikilos tulad ng isang gate, na nagpapahintulot sa mga molekula na dumaan mula sa isang 'hawla' sa PCP patungo sa isa pa. Ang paggalaw ay naharang kapag ang materyal ay pinalamig.
Nang ilantad ng mga siyentipiko ang kanilang 'flip-flop dynamic na kristal' sa singaw na naglalaman ng pinaghalong normal, mabigat at semi-mabigat na tubig at pagkatapos ay bahagyang pinainit ito, mas mabilis silang nag-adsorb ng normal na tubig kaysa sa iba pang dalawang isotopologue. Mahalaga, ang prosesong ito ay nangyari sa loob ng mga saklaw ng temperatura ng silid.
"Ang adsorptive separation ng water isotopologues sa aming trabaho ay higit na nakahihigit sa mga tradisyonal na pamamaraan dahil sa napakataas na selectivity sa room temperature operation," sabi ni Kitagawa. "Kami ay umaasa na ang mga bagong materyales na ginagabayan ng aming trabaho ay bubuo upang paghiwalayin ang iba pang mga isotopologue."
Sanggunian: "Paghihiwalay ng mga isotopologo ng tubig gamit ang diffusion-regulatory porous na materyales" ni Yan Su, Ken-ichi Otake, Jia-Jia Zheng, Satoshi Horike, Susumu Kitagawa at Cheng Gu, 9 Nobyembre, Kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41586-022-05310-y
