Исследовательская группа, возглавляемая Сусуму Китагавой из Института наук о клеточных материалах Киотского университета (iCeMS), Япония, и Ченг Гу из Южно-Китайского технологического университета, Китай, создали материал, который может эффективно отделять тяжелую воду от обычной воды при комнатной температуре. До сих пор этот процесс был очень сложным и энергоемким. Полученные результаты имеют значение для промышленных - и даже биологических - процессов, которые предполагают использование различных форм одной и той же молекулы. Ученые сообщили о своих результатах в журнале Природа.
Изотопологи - это молекулы, которые имеют одинаковую химическую формулу и атомы которых соединяются в сходных структурах, но по крайней мере один из их атомов имеет другое количество нейтронов, чем исходная молекула. Например, молекула воды (H2О) образуется из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Ядро каждого из атомов водорода содержит один протон и ни одного нейтрона. В тяжелой воде (D2O), с другой стороны, атомы дейтерия (D) представляют собой изотопы водорода с ядрами, содержащими один протон и один нейтрон. Тяжелая вода находит применение в ядерных реакторах, медицинской визуализации и в биологических исследованиях.
"Изотопологи воды являются одними из самых трудных для разделения, потому что их свойства настолько схожи", - объясняет специалист по материалам Ченг Гу. "Наша работа обеспечила беспрецедентный механизм разделения изотопологов воды с использованием метода адсорбции-разделения".
Гу и химик Сусуму Китагава вместе с коллегами основали свой метод разделения на пористом координационном полимере на основе меди (PCP). ПХФ представляют собой пористые кристаллические материалы, образованные из металлических узлов, соединенных органическими связующими. Команда протестировала два PCP, изготовленных с использованием разных типов линкеров.
Что делает их ПХФ особенно важными для разделения изотопологов, так это то, что линкеры переворачиваются при умеренном нагревании. Это переворачивающее действие действует как затвор, позволяя молекулам проходить из одной "клетки" в PCP в другую. Движение блокируется, когда материал охлаждается.
Когда ученые подвергли свои "триггерные динамические кристаллы" воздействию пара, содержащего смесь обычной, тяжелой и полутяжелой воды, а затем слегка подогрели ее, они адсорбировали обычную воду намного быстрее, чем два других изотополога. Важно отметить, что этот процесс происходил в пределах комнатных температур.
"Адсорбционное разделение изотопологов воды в нашей работе существенно превосходит традиционные методы благодаря очень высокой селективности при работе при комнатной температуре", - говорит Китагава. "Мы с оптимизмом смотрим на то, что новые материалы, основанные на нашей работе, будут разработаны для разделения других изотопологов".
Комментарии