科学者たちは、水素同位体分離のための量子ふるいに対する Cu(I) 構造の影響を明らかにする

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Cu(I)Cu(II)-BTCにおけるD2/H2混合物の分離機構。クレディフーシャオユウ

Cu(I)Cu(II)-BTCにおけるD2/H2混合物の分離機構。クレジット
胡小玉

要約：
最近、中国科学院合肥物理科学研究所のプラズマ物理研究所のCHEN Changlun教授が率いる研究チームは、水素同位体分離材料の一種であるCu(I)Cu(II)-BTCを研究し、複雑な構造設計なしで量子ふるいを調整する上で重要な役割を果たし、非常に効率的な同位体システムのインテリジェントな設計のための新しい戦略を提供しました。

科学者は、水素同位体分離の量子ふるいに対する Cu(I) 構造の効果を明らかにします

合肥、中国 | 投稿日: 10 年 2023 月 XNUMX 日

この成果は、ACS Applied Materials & Interfaces に掲載されました。

高純度の重水素 (D2) は、重要な工業用および科学用ガスであり、かけがえのない原料、中性子減速材、同位体トレーサーなどの分野で広く使用されています。巨大な需要があるにもかかわらず、天然の重水素のモル分率は海洋中の天然水素の最大 0.0156% にすぎません。さらに、D2 とその同位体 (H2 または T2) 分子は、非常に類似した物理化学的特性に関連して、ほぼ同一の古典的な次元を持ち、高純度での水素同位体混合物の分離は、現代の分離技術における最大の困難と課題の XNUMX つと見なされてきました。 .

この研究では、ハイドロキノンの存在下で HKUST-1 結晶を還元して Cu(I)Cu(II)-BTC を構築しました。この BTC は、デュアルマイクロポアサイズ分布と Cu 金属の混合原子価によって特徴付けられ、H2/の研究に選択されていました。 D2分離の詳細。

この研究は、Cu(I)Cu(II)-BTC のユニークな Cu(I) および Cu(II) 配位ネットワークが、D2/H2 同位体分離を大幅に促進できることを示しました。密度汎関数理論 (DFT) 計算は、フレームワークへの Cu(I) 大環状分子の導入により細孔サイズが減少し、さらに Cu(II) サイト上の H2/D2 分子の相互作用が比較的強化されることを示しました。 30 K での Cu(I)Cu(II)-BTC の選択性の大幅な向上は、主に動的量子ふるい (KQS) と化学親和性量子ふるい (CAQS) の相乗効果によるものでした。

さらに、Cu(I)Cu(II)-BTC の O-Cu(I)-O 配置の 156° という大きな角度は、dz2 軌道と Cu(I) の小さな正の値であるため、水素吸着の弱い結合強度を示しました。水素相互作用に効果的に参加できず、液体窒素温度以上では強い CAQS 効果を示さなかった。

この研究では、D2/H2 分離における Cu(I) 構造の効果が検証されました。「この研究は、非常に効率的な同位体およびガス分離システムでOMSを使用して多孔質材料を合理的に設計するための新しい戦略を提供すると信じています」と、論文の筆頭著者であるHU Xiaoyuは述べています。

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ジャオ・ウェイウェイ
中国科学院合肥物理科学研究院
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