Foi introduzido um novo materials poroso capaz de separar o deutério (D2) do hidrogênio (H2) a uma temperatura de 120 Okay. Notavelmente, essa temperatura excede o ponto de liquefação do gás pure, facilitando assim aplicações industriais em larga escala. Este avanço apresenta um caminho atraente para a produção econômica de D2 Aproveitando a infraestrutura existente de oleodutos de produção de gás pure liquefeito (LNG). A pesquisa realizada pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST), Coréia, Helmholtz-Zentrum Berlin, Heinz Maier Leibnitz Zentrum (MLZ) e Soongsil College, Coréia, foi publicada em Comunicações da natureza.
O deutério, um isótopo estável de hidrogênio, desempenha um papel crítico no aumento da durabilidade e da eficiência luminosa dos semicondutores e dos dispositivos de exibição, além de servir como combustível de fusão na produção de energia. No entanto, a crescente demanda por D2 apresenta desafios em sua produção, principalmente devido à necessidade de se separar do hidrogênio através de um processo de destilação criogênica conduzida a temperaturas tão baixas quanto 20 Okay (-253 ° C). Embora a pesquisa tenha explorado o uso de estruturas metal-orgânicas (MOFs) para a separação D2, sua eficiência diminui significativamente a temperaturas elevadas.
Neste estudo, a equipe de pesquisa apresentou uma estrutura de imidazolato de zeolita baseada em cobre (Cu-ZIF-GIS), que mostra um excepcional desempenho de separação D2, mesmo em 120 Okay (-153 ℃). Enquanto os MOFs típicos operam efetivamente a cerca de 23 Okay (-250 ℃), seu desempenho diminui acentuadamente à medida que as temperaturas se aproximam de 77 Okay (-196 ℃). No entanto, o MOF recém-desenvolvido baseado em Cu demonstra uma vantagem significativa na manutenção de sua eficácia em temperaturas mais altas.
Pela primeira vez, a equipe de pesquisa identificou que o desempenho superior desse materials resulta do aumento da expansão de sua treliça à medida que a temperatura aumenta. Em temperaturas criogênicas, os poros do MOF desenvolvido são menores que as moléculas H2, inibindo assim sua passagem. No entanto, à medida que a temperatura aumenta, a treliça se expande, levando a um aumento no tamanho dos poros. Esse aumento facilita a passagem de gases através dos poros, permitindo assim a separação de H2 e D2 através do efeito de peneiração quântica, em que as moléculas mais pesadas atravessam os poros com mais eficiência a temperaturas mais baixas.
Experimentos confirmatórios de difração de raios-X in situ (DRX) e espalhamento de nêutrons quase elásticos (QENS), conduzidos no Instituto Laue-Langevin (ILI) em granoble, França, pela equipe conjunta da UNIST, HZB e MLZ, a expansão da diferença de líquido com temperatura aumentada, como a temperatura aumentada, como a temperatura que está de acordo com a temperatura, como a temperatura que aumenta a temperatura. Além disso, a análise das experiências de espectroscopia de dessorção térmica (TDS) indicou separação estável de D2 a temperaturas elevadas.
O professor OH comentou: “O materials relatado exibe um consumo de energia marcadamente menor e maior eficiência de separação em comparação com os métodos mais tradicionais, que operam a temperaturas extremamente baixas”. O Dr. Jitae Park observou ainda: “Essas descobertas podem ser aplicadas para desenvolver tecnologias sustentáveis de separação de isótopos usando a infraestrutura criogênica de GNL existente, destacando seu potencial impacto industrial”.
A Dra. Margarita Russina destacou o papel essential dos qens neste estudo, afirmando: “Com Qens, podemos investigar diretamente o movimento molecular de H2 e D2 em MOFs, obtendo insights importantes sobre seu comportamento de difusão e interações com materiais porosos. O confinamento mais forte de D2 em comparação com H₂, uma fúria estritamente nanoscale Para o desenvolvimento de uma nova geração de materiais para uma separação mais eficiente de isótopos “.
The analysis staff, collectively led by Professor Hyunchul Oh from the Division of Chemistry at UNIST, Professor Jaheon Kim from Soongsil College, Dr. Jitae Park from Heinz Maier Leibnitz Zentrum (MLZ) at Technical College of Munich (TUM), and Dr. Margarita Russina from Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) in Berlin, Germany introduced this development on 19 de março de 2025. O estudo também envolveu Minji Jung, Jaewoo Park e Raeesh Muhammad, do Departamento de Química da Unist, que atuou como co-primeiro autores. Os resultados desta pesquisa foram publicados em Comunicações da natureza Em 27 de fevereiro de 2025. Este estudo foi apoiado pela Fundação Nacional de Pesquisa (NRF) da Coréia e pelo Ministério da Ciência e TIC (MSIT) e pelo Instituto Laue-Langevin (III) em Grenoble, França, para a alocação do tempo de feixe.
