Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výzkumníci představili nový porézní materiál schopný oddělovat deuterium od běžného lehkého vodíku při teplotě 120 K (-153 °C). Důležité má být, že tato teplota převyšuje bod zkapalnění zemního plynu 111 K (-162 °C) o více než 10 °C, což může usnadnit rozsáhlé průmyslové aplikace. Dosažený pokrok tak možná představuje cestu pro ekonomickou výrobu D2 s využitím stávající infrastruktury plynovodů pro výrobu zkapalněného zemního plynu (LNG).
Deuterium hraje důležitou roli při zvyšování životnosti a světelné účinnosti polovodičů a zobrazovacích zařízení a mělo by sloužit také jako palivo při výrobě energie jadernou fúzí. Rostoucí poptávka po D2 však naráží na problémy s jeho výrobou, především kvůli nutnosti oddělit ho od vodíku pomocí kryogenní destilace prováděné při teplotách až 20 K (-253 °C). Výzkumy se sice již zabývaly také využitím organokovových sloučenin (MOF) pro separaci D2, ale jejich účinnost se při vyšších teplotách výrazně snižuje.
V této studii výzkumný tým představil zeolitový (zeolity jsou mikroporézní hlinitokřemičitany) imidazolový MOF na bázi mědi (Cu-ZIF-gis), který vykazuje výjimečný separační výkon D2, a to i při teplotě 120 K (-153 ℃). Naproti tomu typické MOFy účinně fungují při teplotách kolem 23 K (-250 ℃), jejich výkonnost prudce klesá, jak se teploty blíží 77 K (-196 ℃).
Výkon tohoto materiálu je podle studie důsledkem zvýšené expanze jeho mřížky při zvyšující se teplotě. Při kryogenních teplotách jsou póry vyvinutého MOF menší než molekuly H2, čímž brání jejich průchodu. Se zvyšující se teplotou se však mřížka roztahuje, což vede ke zvětšování velikosti pórů. Toto zvětšení usnadňuje průchod plynů póry, a tím umožňuje separaci H2 a D2 prostřednictvím kvantového sítového jevu (quantum sieving effect), kdy těžší molekuly procházejí póry účinněji při nižších teplotách.
Minji Jung et al, Lattice-driven gating in a Cu-based zeolitic imidazolate framework for efficient high-temperature hydrogen isotope separation, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56649-5
Zdroj: Ulsan National Institute of Science and Technology (Korea) / Phys.org, přeloženo / zkráceno
