Как новый пористый материал может революционизировать добычу дейтерия?

Ученые разработали инновационный материал, способный отделять дейтерий (D₂) от водорода (H₂) при температуре 120 K (-153°C), что открывает возможность значительно снизить энергозатраты на производство этого важного изотопа. Медь-содержащий цеолитный имидазолатный каркас (Cu-ZIF-gis) функционирует при температуре более чем на 10°C выше точки сжижения природного газа (111 K/-162°C), что позволяет использовать существующую инфраструктуру СПГ для экономичного производства дейтерия.
Как новый пористый материал может революционизировать добычу дейтерия?
Изображение носит иллюстративный характер

Дейтерий, стабильный изотоп водорода, играет критическую роль в современных технологиях. Он используется для повышения долговечности и светоотдачи полупроводников и дисплейных устройств, а также служит топливом для термоядерного синтеза. Однако традиционные методы разделения дейтерия требуют криогенной дистилляции при экстремально низких температурах (20 K/-253°C), что делает процесс энергоемким и дорогостоящим.

Предыдущие металлоорганические каркасы (MOFs) работали при температурах около 23 K (-250°C), но их эффективность резко снижалась при 77 K (-196°C). Новый материал Cu-ZIF-gis сохраняет высокую эффективность при 120 K, что является значительным прорывом в технологии разделения изотопов.

Исследователи впервые установили, что превосходная производительность материала обусловлена увеличенным расширением решетки при повышении температуры. Механизм разделения основан на квантовом эффекте просеивания: при криогенных температурах поры материала меньше молекул H₂, что препятствует их прохождению. По мере повышения температуры решетка расширяется, увеличивая размер пор, что позволяет более тяжелым молекулам (D₂) эффективнее проходить через них.

Эти выводы были подтверждены серией экспериментов. Рентгеновская дифракция in-situ (XRD) подтвердила расширение решетки с повышением температуры. Квазиупругое рассеяние нейтронов (QENS) продемонстрировало разницу в диффузивности изотопов при повышенных температурах. Термодесорбционная спектроскопия (TDS) показала стабильное разделение D₂ при повышенных температурах. Эксперименты проводились в Институте Лауэ-Ланжевена (ILL) в Гренобле, Франция.

Исследовательскую группу возглавил профессор Хёнчул О (Hyunchul Oh) из Департамента химии Ульсанского национального института науки и технологии (UNIST). В команду также вошли профессор Джахеон Ким (Jaheon Kim) из Университета Сунгсиль, доктор Джитэ Парк (Jitae Park) из Центра Хайнца Майера Лейбница при Мюнхенском техническом университете и доктор Маргарита Руссина (Margarita Russina) из Берлинского центра материалов и энергии Гельмгольца. Первыми авторами исследования стали Минджи Юнг (Minji Jung), Джэву Парк (Jaewoo Park) и Раиш Мухаммад (Raeesh Muhammad) из Департамента химии UNIST.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications. Новый материал обладает рядом существенных преимуществ: он потребляет меньше энергии по сравнению с традиционными методами, обеспечивает повышенную эффективность разделения и может использовать существующую криогенную инфраструктуру СПГ. Это открывает перспективы для создания устойчивых технологий разделения изотопов.

Инновационный подход к разделению дейтерия может значительно снизить стоимость его производства, что в свою очередь ускорит развитие технологий, использующих этот изотоп, от электроники до термоядерной энергетики.


Новое на сайте

20065[b]СПКЯ стало СПМЯ: почему переименование болезни, затрагивающей миллионы женщин, заняло... 20064[b]Почему великая пирамида Гизы пережила все землетрясения за 4500 лет[/b] 20063[b]Генетика Homo erectus: что зубная эмаль рассказала о наших предках[/b] 20062[b]Кости в бухте эребус: что кости моряков Франклина рассказывают спустя полтора века[/b] 20061[b]Крупнейший плавучий ветрогенератор в мире: Китай испытывает установку у берегов... 20060[b]Карие глаза младенца стали индиго после лечения от COVID-19[/b] 20058[b]Почему серебряная чаша с Афиной пролежала в немецком лесу две тысячи лет?[/b] 20057[b]Дыра в атмосфере солнца: вспышка достигла пика и может зажечь полярное сияние[/b] 20056[b]Динго возрастом 950 лет: кто и зачем кормил могилу животного сотни лет?[/b] 20055[b]Томоэ гозэн: женщина-самурай, которая существовала на самом деле[/b] 20054[b]Что видели астронавты «Аполлона-12» над лунным горизонтом?[/b] 20053[b]Восковой блокнот на латыни и шёлковая туалетная бумага: кто посещал средневековый... 20052[b]Хантавирус на борту: 41 человек под наблюдением после рейса MV Hondius[/b] 20051[b]Зелёные камни в пещере Пиренеев: четыре тысячи лет медной металлургии[/b]
Ссылка