使用官能化的金属 - 有机框架化合物过滤重氢

重型氢气的水库：重氢同位素的分子氘和氚优选与金属 - 有机骨架化合物中的铜原子结合。因此，金属原子象征性地表示为该图像中的壳。

来自MAX Planck Institute的一支研究人员开发了一种金属有机框架化合物，可用于将氘和氚与前一种方法更有效地分离。

氘和氚是未来的物质 - 但它们很少见。氢的沉重同位素不仅在科学中具有许多应用，而且还可以促进明天的能量混合作为核聚变的燃料。氘还包含在目前正在进行监管批准的药物中。然而，在氢气的自然同位素混合物中过滤除氘的过程既困难又昂贵。来自Max Planck智能系统研究所的科学家，莱比锡大学莱比锡大学莱比锡大学Max Planck Solid Study Research研究所，Augsburg大学和Oak Ridge国家实验室（美国）可能会解决这个问题。它们提出了一种金属有机骨架化合物，其可用于比以前的方法更有效地将两个同位素与正常的氢。

在药物中，氘具有寿命延长效果 - 最初仅适用于活性物质本身。人的代谢系统破坏携带氘同位素的分子，其是氢的两倍，比掺入正常氢的物质更缓慢。因此，含有氘的药物可以以较少的剂量给出，这意味着它们的副作用也降低。氘，如甚至更沉重的放射性氢同位素氚，也起到核融合中的作用。这一过程使星星闪耀，五月燃料发电厂，其中原子核被融合在一起，在该过程中释放大量能量。

然而，氘只有在制药中仅用于短时间，并且其在未来的电厂潜在使用仍然在于，它长期以来已经用于科学，例如通过代谢系统跟踪营养的路径。“氘和在一定程度上，氚在某些申请中有用，”迈克尔·赫沙尔（Michael Hirscher）说，作为Max Planck智能系统研究院的研究组领导，在研究中发挥了关键作用。“迄今为止，迄今为止，将氘与轻氢分离，”他说。“

由金属有机框架制成的氘滤光片可节省能量

氘是从重水中获得的，其在天然水中以浓度的浓度仅为15‰。首先通过化学和物理方法（例如蒸馏）的组合来分离重水，得到氘气。整个过程如此复杂和能量密集，纯净的纯净度为99.8％的含量约为100欧元，使氢的沉重兄弟比黄金更珍贵的牛犊比黄金更多，但氘在海洋中丰富300多倍。和地球的地壳比黄金。

“我们的金属 - 有机框架化合物应该使其更容易和更低的能量密集，以孤立从氢同位素的天然存在的混合物中的氘，”奥格斯堡大学的固态化学系的同事们合成了材料。在金属有机骨架中，或短，金属离子通过有机分子连接，形成具有相对大的孔的晶体。这些物质能够与其重量相比吸收大量气体。

在研究团队提出用作氘和氚滤波器的化合物中，锌和铜离子形成金属节点。早在2012年，科学家们介绍了一种含有锌作为金属组分的金属有机骨架化合物。它能够过滤氘 - 但仅在223摄氏度的温度下。

用铜代替锌，可以用液氮冷却过滤器

因此，基于奥格斯堡的化学家用铜原子取代了一些锌原子，其电子壳更具选择性地滤除氘，并且在较高的温度下这样做。Michael Hirscher及其在Max Planck智能系统和研究人员的工作人员，橡木岭国家实验室在各种测试中确认了这一财产。除此之外，它们确定了氘和正常氢的量，使材料从各种温度下两同位素的相等部分的混合物吸收。他们发现，在减去173摄氏度时，它可以储存12次氘。“在此温度下，分离过程可以用液氮冷却，这使得比仅在200度工作的方法更具成本效益，”Michael Hirscher说。

由Thomas Heine领导的理论化学家团队最近在莱比锡大学举办了莱比锡大学的椅子，在雅各布大学在不来梅大学，帮助解释了收集的数据。“我们的计算将实验拼图的各个部分拟合在一起，成为一幅相干的图片，”科学家说。

金属有机框架必须吸收更多的气体

氘和正常氢的数据表明，计算的预测与实验结果非常吻合。因此，理论管理员有信心的是那些不能在实验测试的那些计算中同样有效。“我们对氚的计算可能也是正确的。但这只能在经过正面的安全程序下进行实验证实，“托马斯Heine说。

该材料还从同位素的混合物中非常有效地吸收放射性氢同位素。这可能是特定应用中的有用财产，其中目的不是获得同位素，而是为了摆脱它。发电厂的水 - 包括在2011年灾难中淹没了福岛反应堆的水 - 含有氚。新的金属有机框架化合物可以提供处理该放射性废物的方法，尽管放射性污染的水首先必须经过电解以将含氚的水分子转化为含氚的氢气。然而，在实践中可以使用大孔晶体过滤出氚和氘的同位素混合物，首先必须精制该技术 - 并非最不重要，使其吸收更多的气体。

中子是研究分子氢的吸附的理想选择

中子散射是研究氢运动的非常敏感的工具，中子还将来自不同同位素的信号区分开于氢和氘等。“在金属有机骨架中，通过跟踪每个位点的氢气和氘的相对群体，中子清楚地阐明了同位素分离的机制。”Timmy Ramirez-Cuesta，来自Oak Ridge National Laboratory的散装中子脚源。该研究采用了ornl的视觉光谱仪，世界上最强大的化学中子光谱仪。

出版物：I. Weinrauch等，“捕获金属有机骨架中的重氢同位素，与活性Cu（I）位点，”2017年2月28日的自然通信; DOI：10.1038 / ncomms14496