Команда Линды Бондорф разработала новый метод отделения тяжелого водорода от его более легкого аналога. Его процесс разделения основан на использовании каркаса из металлоорганического углеводорода, в котором ионы металлов имеют сложные связи. Каркас служит селективным квантовым ситом: его поры закрыты для обычного водорода, но открыты для более тяжелого изотопа дейтерия.
Для нового дейтериевого сита исследователи использовали каркасный компаунд DUT-8, который был разработан Техническим университетом Дрездена. Каркас может более гибко изменять размер пор: те расширяются при контакте с определенными веществами и позволяют им пройти, а другие молекулы удерживаются и связываются. Исследователям удалось отделить молекулярный дейтерий (D2) от газообразного водорода.
При очень низких температурах (около 23 градусов выше абсолютного нуля) ученые впервые смогли наблюдать в атмосфере дейтерия отверстие в структуре DUT-8. Реакция каркасного соединения оказалась высокоселективной: решетка оставалась закрытой для обычного водорода и его смешанных молекул, состоящих из атомов протия и дейтерия, и легко открывалась для молекул дейтерия (D2), чего ранее никогда не было зарегистрировано.
В ходе дополнительных анализов команда смогла определить, что это связано с квантовыми эффектами при взаимодействии ядер водорода с металлоорганическим каркасом, который «распознает» контактирующий с ним тип водорода и реагирует на него изменением размера своих пор. Это приводит к высокой селективности при одновременном высоком поглощении дейтерия.
По словам исследовательской группы, такие селективные металлоорганические каркасы открывают новый, более простой способ выделения дейтерия из смесей водорода. В результате ранее очень дорогой дейтерий, необходимый для ядерного синтеза, работы атомных электростанций, исследований в области физики элементарных частиц и медицины, может стать в будущем более дешевым и доступным.
Хотя эти системы работают только при сверхнизких температурах, высокая селективность в сочетании с эффективным поглощением газа делает их конкурентоспособными по сравнению с обычными методами, такими как криогенная дистилляция или фильтрующие мембраны из двумерных материалов.
