由日本京都大学细胞材料科学研究所(iCeMS)的SusumuKitagawa和中国华南理工大学的ChengGu领导的研究小组制造了一种可以在室温下有效地将重水与普通水分离的材料。

到目前为止，这个过程非常困难且耗能。这些发现对涉及使用不同形式的同一分子的工业甚至生物过程具有影响。科学家们在《自然》杂志上报告了他们的研究结果。

同位素体是具有相同化学式且其原子以相似排列方式结合的分子，但它们的至少一个原子具有与母分子不同的中子数。例如，一个水分子(H2O)由一个氧和两个氢原子组成。

每个氢原子的原子核包含一个质子而没有中子。另一方面，在重水(D2O)中，氘(D)原子是氢同位素，其原子核包含一个质子和一个中子。重水在核反应堆、医学成像和生物学研究中都有应用。

“水同位素是最难分离的，因为它们的性质非常相似，”材料科学家ChengGu解释说。“我们的工作为使用吸附分离方法分离水同位素提供了前所未有的机制。”

Gu和化学家SusumuKitagawa及其同事将他们的分离技术基于铜基多孔配位聚合物(PCP)。PCP是由有机接头连接的金属节点形成的多孔结晶材料。该团队测试了两种用不同类型的连接器制成的PCP。

使它们的PCP对于同位素体分离特别重要的原因在于，接头在适度加热时会翻转。这种翻转动作就像一扇门，允许分子从PCP中的一个“笼子”传递到另一个“笼子”。材料冷却时运动受阻。

当科学家们将他们的“触发器动态晶体”暴露在含有普通水、重水和半重水混合物的蒸汽中，然后稍微加热时，他们吸附普通水的速度比其他两种同位素体快得多。至关重要的是，这个过程发生在室温范围内。

“在我们的工作中，水同位素体的吸附分离明显优于传统方法，因为在室温操作下具有非常高的选择性，”Kitagawa说。“我们乐观地认为，我们的工作指导下的新材料将被开发用于分离其他同位素体。”