UNIST ile bağlı bir araştırma ekibi, nükleer füzyon için birincil yakıt olan Deuterium’un etkili bir şekilde ayrılması için yeni bir gözenekli malzeme geliştirdi. Profesörler Wonyoung Cho ve Hyunchul OH tarafından yönetilen ekip, UNIST’teki Kimya Bölümü’nde sonuçları yayınladı. Angewandte Chemie International Edition.
Metal-organik çerçeveler (MOF’lar), metal iyonları ve organik ligandlar arasında kimyasal bağların oluşmasıyla inşa edilen gözenekli ve kristal malzemelerdir. Bir MOF, tıpkı darı ve tarama ve derecelendirme için diğer taneleri tespit eden tahıl elekleri gibi, ağır hidrojen izotop deuteryumunu sıradan hidrojenden ayırır.
Yeni geliştirilen MOF, sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) sıvılaşma sıcaklığının (111K, -162.15 ° C) üzerindeki sıcaklıklarda bile, deuterium ayrılmasında dikkate değer bir verim sergiler. Bu, 20k (-253.15 ° C) altında çok daha soğuk kriyojenik sıcaklıklar gerektiren geleneksel yöntem üzerinde önemli bir gelişmedir.
Ekip, bu yeni materyali oluşturmak için entropi güdümlü bir tasarım stratejisi kullandı. Bir kokteyl yaratmaya benzer şekilde farklı organik ligandları karıştırarak, MOF içinde yapısal bozukluğu veya entropiyi arttırırlar. Bu yüksek entropi durumu, hidrojen ve döteryumu farklı difüzyon oranlarına göre ayıran kuantum eleme işlemini optimize etti.
Kuantum eleme, hidrojen ve döteryum arasındaki difüzyon oranlarındaki farklılıkları kullanır. Bu, çerçevede dar gözeneklerin daha yüksek bir oranına neden olur, böylece kuantum elemenin verimliliğini artırır. Ekip bunu X-ışını kırınımı ve hidrojen izotop atılım deneyleri ile doğruladı.
Profesör Cho’ya göre, “Bu çalışma, entropi bazlı tasarım potansiyelini doğrulayan gaz ayırma ve adsorpsiyon için yüksek entropi gözenekli malzemelerin ilk uygulamasını işaret ediyor.”
“Bu teknolojinin temiz enerji kaynaklarının kullanımına ve gelecekteki enerji teknolojilerinin geliştirilmesine katkıda bulunacağını umuyoruz.”
