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內(nèi)容簡介

氘作為一種重要的原料在核聚變反應(yīng)堆中發(fā)揮著重要的作用，但其利用率遠低于10%。同時，氘在其他領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用，例如在同位素示蹤、中子散射和質(zhì)子核磁共振光譜等方面。然而，由于氫同位素分子的大小和物理性質(zhì)幾乎相同，所以氫同位素的分離面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前，成熟的氫同位素分離技術(shù)主要包括低溫精餾、重水電解和熱置換色譜法等等，但這些技術(shù)仍存在能耗高、分離系數(shù)低等問題。近年來，基于物理吸附的微孔材料，因其能在較高溫度下（≥ 77 K）實現(xiàn)氫同位素的分離，大大降低能耗，因此受到了人們越來越多的關(guān)注。金屬有機框架（MOFs），由于其比表面積大，孔徑可調(diào)，表面可修飾，以及強的結(jié)合位點等優(yōu)點而廣受歡迎。中科院福建物構(gòu)所袁大強研究員、上海大學(xué)副教授何翔等首次采用低溫氣體穿透實驗裝置，以MOFs材料作為吸附劑，實現(xiàn)了氘氣低成本、低能耗的純化和富集。本研究采用單一配體構(gòu)筑了一例具有罕見的CHA拓撲結(jié)構(gòu)的微孔銅基MOF（FJI-Y11）。由于框架中孔道的限制直徑非常小，活化后裸露金屬位點不會再次受到水分子的攻擊，因而該材料顯示出非常高的化學(xué)穩(wěn)定性?？蚣苤袃蓚€強作用位點的存在同時結(jié)合合適的孔空間使得其具有高的氫同位素吸附容量，同時也顯示出優(yōu)異的D₂/H₂分離性能。在77 K常壓下的動態(tài)氣體穿透實驗進一步證明了該框架可以在高通量條件下有效地分離重氫同位素并將其儲存在孔內(nèi)。本研究證明了以MOF作為吸附劑，利用變壓吸附技術(shù)實現(xiàn)氫同位素分離的可能性。

作者簡介

袁大強，博士，中科院福建物構(gòu)所研究員，入選中科院百人計劃擇優(yōu)支持、入選第五批福建省引才百人計劃、獲得第23屆福建運盛青年科技獎。主要從事新型晶態(tài)多孔材料(包括分子籠、金屬有機框架及共價有機框架等)的合成與應(yīng)用研究，已在J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed、Nat Commun等刊物上以第一/通訊作者發(fā)表論文70余篇。

何翔，女，博士，上海大學(xué)副教授，長期致力于多孔材料的合成及應(yīng)用研究。

文章信息

Yanan Si, Xiang He^*, Jie Jiang, Zhiming Duan, Wenjing Wang, and Daqiang Yuan^*. Highly effective H₂/D₂ separation in a stable Cu-based metal-organic framework. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-019-2571-9.