氢研究取得进展更高效的同位素分离即将实现

氢是所有元素中最轻的元素，由于其在能源转型中作为可持续资源的前景广阔而需求旺盛。莱比锡大学和德累斯顿工业大学的团队作为氢同位素 1,2,3H 研究培训小组的一部分，在高效且经济地提供同位素方面取得了重大突破。

这是氢在自然界中存在的三种形式——氕、氘和氚。国际研究团队朝着实现在室温下低成本分离氢同位素的梦想迈出了一大步。该团队的研究成果已发表在《化学科学》上。

氕，即氢-1，是氢的最常见形式。氘，又称重氢，在开发更稳定、更有效的药物等方面发挥着越来越重要的作用。氘和氚的混合物，即“超重”氢，可用作核聚变的燃料，而核聚变是未来的可持续能源。

氢研究中尚未解决的问题之一是如何以高效且经济的方式提供高纯度的这些同位素，因为它们具有非常相似的物理性质。目前的同位素分离过程效率不高，而且消耗大量能源。

“近 15 年来，人们已经知道多孔金属有机骨架原则上可用于净化和分离氢同位素。然而，这只能在极低的温度下实现，大约零下 200 摄氏度——这种条件在工业规模上实施成本非常高，”莱比锡大学威廉·奥斯特瓦尔德物理和理论化学研究所的教授兼研究培训小组发言人 Knut Asmis 说道。

他补充说，分离机制是基于多孔固体中自由金属中心上存在的同位素的强吸附。吸附是气体或液体中的原子、离子或分子粘附在固体(通常是多孔的)表面上的过程。

1,2,3H 研究培训小组的博士研究员 Elvira Dongmo、Shabnam Haque 和 Florian Kreuter 均属于由 Thomas Heine 教授(德累斯顿工业大学)、Knut Asmis 教授和 Ralf Tonner-Zech 教授(均来自莱比锡大学)领导的研究小组之一，现在他们对框架环境对结合选择性的影响有了更深入的了解。

这意味着为什么其中一种同位素比另一种更容易粘附。本研究通过最先进的光谱学、量子化学计算和模型系统上的化学结合分析之间的协同作用详细解释了这个问题。

“我们首次能够展示骨架化合物中单个原子对吸附的影响。我们现在可以有对性地对其进行优化，以获得在室温下具有高选择性的材料，”Heine 说。