由日本京都大學(xué)細胞材料科學(xué)研究所（iCeMS）的北川進和中國華南理工大學(xué)的顧成研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究小組制作了一種材料，可以在室溫下有效地將重水和正常水分離。到目前為止，這個過程是非常困難的，而且是耗能的。這一發(fā)現(xiàn)對涉及使用同一分子的不同形式的工業(yè)--甚至生物--過程有影響?？茖W(xué)家們在《自然》雜志上報告了他們的結(jié)果。

同位素是具有相同化學(xué)式的分子，其原子以類似的排列方式結(jié)合，但它們中至少有一個原子的中子數(shù)與母分子不同。例如，一個水分子（H2O）是由一個氧原子和兩個氫原子組成。每個氫原子的原子核包含一個質(zhì)子，沒有中子。另一方面，在重水（D2O）中，氘（D）原子是氫的同位素，其原子核含有一個質(zhì)子和一個中子。重水在核反應(yīng)堆、醫(yī)學(xué)成像和生物調(diào)查中都有應(yīng)用。

材料科學(xué)家顧成解釋說：'水的同位素是最難分離的，因為它們的特性是如此相似。我們的工作為使用吸附分離方法分離水同位素提供了一種前所未有的機制。'

顧成和化學(xué)家北川進與同事一起，將他們的分離技術(shù)建立在一種銅基多孔配位聚合物（PCP）上。PCPs是由有機連接物連接的金屬結(jié)點形成的多孔晶體材料。該團隊測試了用不同類型的連接物制成的兩種PCPs。

在PCP/MOFs中加入蜻蜓狀的閘門分子使其在分離水和重水時的效率比以前高一百倍，由于它們的性質(zhì)相似，重水一直難以分離。

使他們的PCPs對同位素分離特別重要的是，當適度加熱時，連接體會翻轉(zhuǎn)。這種翻轉(zhuǎn)動作就像一個門，允許分子從五氯苯酚中的一個'籠子'進入另一個籠子。當材料被冷卻時，運動被阻止。

當科學(xué)家們將他們的'翻轉(zhuǎn)動態(tài)晶體'暴露在含有普通水、重水和半重水混合物的蒸汽中，然后稍稍加熱，它們吸附普通水的速度比吸附其他兩種同位素的速度快得多。最重要的是，這一過程發(fā)生在室溫范圍內(nèi)。

北川說：'在我們的工作中，水同位素的吸附分離大大優(yōu)于傳統(tǒng)的方法，因為在室溫下操作的選擇性非常高。我們樂觀地認為，以我們的工作為指導(dǎo)的新材料將被開發(fā)出來以分離其他同位素。'