Az áttörés: olcsóbb és zöldebb deutérium a laborból

Egy nemzetközi kutatócsoport úttörő felfedezése lehetővé teszi a hidrogén izotópjainak minden eddiginél hatékonyabb szétválasztását egy új fémorganikus vázzal (MOF). A Tohoku Egyetemen Linda Zhang irányításával fejlesztett anyag 32,5-ös D2/H2 szelekciót ért el 60 Kelvin (-213°C) mellett, ami példátlanul jó teljesítmény a deutérium előállításában.

Deutérium: kicsi az eltérés, nagy a kihívás

A deutérium, a hidrogén stabil izotópja számos ipari és tudományos területen kulcsfontosságú: félvezetőgyártásban, optikai szálakban és gyógyszergyártásban is nélkülözhetetlen. Szétválasztása viszont igazi rémálom, mert kémiailag gyakorlatilag megegyezik az „egyszerű” hidrogénnel. A szokásos ipari eljárások, mint a kriogén desztilláció, -250°C-on zajlanak, és rengeteg energiát igényelnek, ezáltal drágák és környezetszennyezők.

Működési elv: intelligens anyagszerkezet

Az új MOF anyagot triazolát-ligandumokra és mangánionokra építették. Egyedisége abban rejlik, ahogy a váz különbözően viselkedik hidrogén és deutérium jelenlétében: az izotópok molekuláris szintű sajátosságaira érzékenyen reagál. Még akkor is, ha a keverékben kevesebb mint 5% a deutérium, egyetlen elválasztási ciklus után 75%-ra képes dúsítani. Neutronpor-diffrakciós vizsgálatok kimutatták, hogy kétféle adszorpciós helye van: kisebb „zsebek” és nagyobb csatornák, ahol a molekulák eltérően kötődnek, eltérő anyagtágulást is okozva.

Magyarán: játék a legapróbb különbségekkel

A csapat tagjai – japán, német, ausztrál és amerikai kutatók – közösen mutatták meg, hogy még a hidrogén izotópjai között is felnagyíthatók a csekély eltérések, ha okos és érzékeny anyagokat fejlesztünk ki. A MOF ráadásul olcsón előállítható, bárhonnan beszerezhető ligandumokból és rugalmas szerkezeti rendszerből épül fel, és könnyen alkalmazható más fémekkel is. A technológia ezzel nemcsak fenntartható, de nagyüzemi környezetben is reális megoldás lehet a jövőben.

2025, adrienne, phys.org alapján