19 марта 2025 года международная команда ученых объявила о прорыве в области разделения изотопов водорода. Новый материал на основе медно-цеолитового имидазолатного каркаса (Cu-ZIF-gis) продемонстрировал исключительную способность разделять дейтерий (D₂) и водород (H₂) при температуре 120 К (-153°C). Это открытие может революционизировать промышленное производство дейтерия, используемого в полупроводниках, дисплеях и термоядерном топливе.
Дейтерий — это тяжелый изотоп водорода, который играет ключевую роль в современных технологиях. Однако его производство традиционно требует криогенной дистилляции при экстремально низких температурах (около 20 К или -253°C), что делает процесс энергозатратным и дорогостоящим. Новый метод позволяет проводить разделение при более высоких температурах, что значительно снижает затраты энергии и может использовать существующую инфраструктуру для сжиженного природного газа (LNG).
Cu-ZIF-gis — это пористый материал, который расширяется при низких температурах, создавая идеальные условия для квантового просеивания. Это процесс, при котором молекулы газов разделяются благодаря различиям в их размерах и квантовых свойствах.
Используя методы рентгеновской дифракции (XRD) и квазиупругого рассеяния нейтронов (QENS), ученые подтвердили, что материал расширяется при охлаждении, что облегчает прохождение и разделение газов. Термодесорбционная спектроскопия (TDS) показала, что разделение дейтерия остается стабильным даже при более высоких температурах.
Преимущества этой технологии:
Энергоэффективность: процесс требует меньше энергии по сравнению с традиционными методами.
Масштабируемость: возможность использования существующей инфраструктуры LNG.
Устойчивость: снижение энергозатрат делает процесс более экологичным.
"Это открытие открывает новые возможности для промышленного производства дейтерия", — говорит один из исследователей. "Мы не только снижаем затраты, но и делаем процесс более устойчивым, что особенно важно в условиях растущего спроса на дейтерий".
Объяснение терминов
Дейтерий (D₂) — тяжелый изотоп водорода, используемый в науке и промышленности.
Криогенная дистилляция — метод разделения газов при экстремально низких температурах.
Квантовое просеивание — процесс разделения молекул газа на основе их квантовых свойств.
Рентгеновская дифракция (XRD) — метод изучения структуры материалов с помощью рентгеновских лучей.
Термодесорбционная спектроскопия (TDS) — метод анализа, который измеряет выделение газов из материала при нагревании.