突破性材料在室温下将重水与普通水分开

由日本京都大学细胞材料科学研究所（iCeMS）的北川進和中国华南理工大学的顾成研究员领导的研究小组制作了一种材料，可以在室温下有效地将重水和正常水分离。到目前为止，这个过程是非常困难的，而且是耗能的。这一发现对涉及使用同一分子的不同形式的工业--甚至生物--过程有影响。科学家们在《自然》杂志上报告了他们的结果。

同位素是具有相同化学式的分子，其原子以类似的排列方式结合，但它们中至少有一个原子的中子数与母分子不同。例如，一个水分子（H2O）是由一个氧原子和两个氢原子组成。每个氢原子的原子核包含一个质子，没有中子。另一方面，在重水（D2O）中，氘（D）原子是氢的同位素，其原子核含有一个质子和一个中子。重水在核反应堆、医学成像和生物调查中都有应用。

材料科学家顾成解释说："水的同位素是最难分离的，因为它们的特性是如此相似。我们的工作为使用吸附分离方法分离水同位素提供了一种前所未有的机制。"

顾成和化学家北川進与同事一起，将他们的分离技术建立在一种铜基多孔配位聚合物（PCP）上。PCPs是由有机连接物连接的金属结点形成的多孔晶体材料。该团队测试了用不同类型的连接物制成的两种PCPs。

在PCP/MOFs中加入蜻蜓状的闸门分子使其在分离水和重水时的效率比以前高一百倍，由于它们的性质相似，重水一直难以分离。

使他们的PCPs对同位素分离特别重要的是，当适度加热时，连接体会翻转。这种翻转动作就像一个门，允许分子从五氯苯酚中的一个"笼子"进入另一个笼子。当材料被冷却时，运动被阻止。

当科学家们将他们的"翻转动态晶体"暴露在含有普通水、重水和半重水混合物的蒸汽中，然后稍稍加热，它们吸附普通水的速度比吸附其他两种同位素的速度快得多。最重要的是，这一过程发生在室温范围内。

北川说："在我们的工作中，水同位素的吸附分离大大优于传统的方法，因为在室温下操作的选择性非常高。我们乐观地认为，以我们的工作为指导的新材料将被开发出来以分离其他同位素。"