通过0.01纳米精密调控筛选出自然界仅占0.015%的氘！
UNIST与首尔大学团队通过离子交换精密调控多孔MOF材料孔径
首次应用于氘分离 分离效率提升2倍 论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.
一种能够以0.01纳米（10⁻⁹m）为单位调控多孔材料孔径的技术已经被开发出来。
利用这一技术，可以高效分离出自然界全部氢中仅占0.015%、且与普通氢性质相似、分离极为困难的氘。作为氢的同位素，氘是可用于核聚变发电、半导体工艺等领域的关键资源。
UNIST化学系 Oh Hyuncheol 教授团队与首尔大学化学系 Lee Eunseong 教授团队12日表示，他们通过离子交换方式证实了可以将多孔材料——金属有机骨架（金属有机框架，Metal-Organic Framework，简称MOF）的孔径精确调控到0.01纳米级别。
他们还解释称，通过这种超精细调控，金属有机骨架的氘分离效率提高了近2倍。
这一研究成果于上月12日发表在国际知名科学期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影响因子16.1）上，其重要性得到了认可。
利用多孔新材料——金属有机骨架的孔道，可以实现氘与氢的分离。为了提高分离效率，必须精确匹配起筛分作用的孔径大小；由于氢和氘的尺寸都只有约0.3纳米，要实现有效分离，就必须在0.01纳米量级上进行超精密调控。
联合研究团队通过将金属有机骨架材料JCM-1中的离子由硝酸根（NO₃⁻）离子交换为氯离子（Cl⁻），成功将孔道入口的尺寸从约0.39纳米调节到0.36纳米。
研究团队分析称，氯离子相比硝酸根离子，会把与孔道相连的外部骨架更强烈地向内拉拢，其结果就是孔道入口尺寸发生了变化。
孔口缩小的JCM-1(Cl⁻)相比未缩小的JCM-1(NO₃⁻)，其氘分离效率——即选择性系数——从14.4提升到27.7，增加了近2倍。
即便是JCM-1(NO₃⁻)，与传统在24K（-249.15°C）条件下进行的深冷精馏方式相比，其选择性也高出9倍以上。而JCM-1(Cl⁻)的选择性与传统深冷精馏相比则提高了约18倍。JCM-1是由 Lee Eunseong 教授团队开发的材料。
第一作者 Kim Hyeonrim 研究员表示：“JCM-1(Cl⁻)在相对高于传统24K（-249.15°C）的50K（-223.15°C）条件下也能保持稳定性能，展现出在核聚变、半导体制造等多种产业中的应用潜力。”
主导本次研究的UNIST Oh Hyuncheol 教授表示：“这一成果提出了一种能够精确调控多孔材料纳米孔径的新方法，不仅可用于同位素分离，也可拓展应用到多种气体分离领域。”
本研究通过科学技术信息通信部资助的中坚研究和基础研究项目得以开展。
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