多孔材料的翻转作用有助于正常水的通过，从而将其与重水分离。
由日本京都大学细胞材料科学研究所 (iCeMS) 的 Susumu Kitagawa 和中国华南理工大学的 Cheng Gu 领导的研究小组制造了一种材料，可以在室温下有效地将重水与普通水分离。 到目前为止，这个过程非常困难且耗能。 这些发现对涉及使用不同形式的同一分子的工业——甚至生物——过程都有影响。 科学家们在杂志上报告了他们的结果 自然.
同位素异数体是具有相同化学式且其原子以相似排列键合的分子，但它们的至少一个原子具有与母体分子不同数量的中子。 例如，水分子（H2O）由一个氧原子和两个氢原子组成。 每个氢原子的原子核包含一个质子，没有中子。 在重水中（D2O)，另一方面，氘 (D) 原子是氢同位素，其原子核包含一个质子和一个中子。 重水在核反应堆、医学成像和生物学研究中都有应用。
“水同位素体是最难分离的，因为它们的性质非常相似，”材料科学家 Cheng Gu 解释道。 “我们的工作为使用吸附分离法分离水同位素体提供了前所未有的机制。”
Gu 和化学家 Susumu Kitagawa 以及同事们将他们的分离技术建立在铜基多孔配位聚合物 (PCP) 的基础上。 PCP 是由有机连接体连接的金属节点形成的多孔结晶材料。 该团队测试了两种用不同类型的接头制成的 PCP。
使他们的 PCP 对于同位素异数体分离特别重要的原因是接头在适度加热时会翻转。 这种翻转动作就像一扇门，允许分子从 PCP 中的一个“笼子”传递到另一个“笼子”。 当材料冷却时，运动被阻止。
当科学家们将他们的“触发器动态晶体”暴露在含有普通水、重水和半重水混合物的蒸汽中，然后稍微加热时，它们吸收普通水的速度比其他两种同位素异数体快得多。 至关重要的是，这个过程发生在室温范围内。
“由于在室温操作下具有非常高的选择性，我们工作中水同位素体的吸附分离大大优于传统方法，”北川说。 “我们乐观地认为，以我们的工作为指导的新材料将被开发出来以分离其他同位素体。”
参考资料：“使用扩散调节多孔材料分离水同位素体”，Yan Su、Ken-ichi Otake、Jia-Jia Zheng、Satoshi Horike、Susumu Kitagawa 和 Cheng Gu，9 月 XNUMX 日， 自然.
DOI：10.1038 / s41586-022-05310-y
