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

19208Как новые поколения троянов удаленного доступа захватывают системы ради кибершпионажа и... 19207Почему мировые киберпреступники захватили рекламные сети, и как Meta вместе с властями... 19206Как фальшивый пакет StripeApi.Net в NuGet Gallery незаметно похищал финансовые API-токены... 19205Зачем неизвестная группировка UAT-10027 внедряет бэкдор Dohdoor в системы образования и... 19204Ритуальный предсвадебный плач как форма протеста в традиционном Китае 19203Невидимая угроза в оперативной памяти: масштабная атака северокорейских хакеров на... 19202Как уязвимость нулевого дня в Cisco SD-WAN позволяет хакерам незаметно захватывать... 19201Как Google разрушил глобальную шпионскую сеть UNC2814, охватившую правительства 70 стран... 19200Как простое открытие репозитория в Claude Code позволяет хакерам получить полный контроль... 19199Зачем киберсиндикат SLH платит женщинам до 1000 долларов за один телефонный звонок в... 19198Устранение слепых зон SOC: переход к доказательной сортировке угроз для защиты бизнеса 19197Скрытые бэкдоры в цепочках поставок по: атаки через вредоносные пакеты NuGet и npm 19196Как абсолютная самоотдача, отказ от эго и физиологическое переосмысление тревоги помогают... 19195Отказ от стратегии гладиаторов как главный драйвер экспоненциального роста корпораций 19194Цена ручного управления: почему отказ от автоматизации данных разрушает национальную...
Ссылка