Новый гибридный материал, разработанный учеными из Ливерпульского университета, может привести мечта углерода-бесплатная термоядерной энергетики на шаг ближе.
Выделение трех изотопов водорода (водорода, дейтерия и трития) имеет ключевое значение для технологии термоядерной электростанции, но и современные технологии являются энергоемкими и неэффективными. Нанопористые материалы имеют потенциал для разделения изотопов водорода с помощью процесса, известного как кинетическая квантовая просеивания (KQS), но низкий уровень производительности запретить масштабирование.
В новом исследовании, опубликованном в Science, исследователи из Университета инновационных материалов завода Ливерпуля создали гибридные пористые органические клетки способны высокопроизводительный анализатор ситовой, что может способствовать продвижению дейтерия/водорода для разделения изотопов технологий, необходимых для синтеза энергии.
Дейтерия, также называемого тяжелого водорода, имеет ряд коммерческого и научного использования, в том числе атомные, ЯМР-спектроскопии и фармакологии. Эти приложения нужны высокоочищенного дейтерия, который стоит дорого из-за низкого естественного изобилия. Обогащение дейтерием водород-содержащего сырья, таких как морская вода, является важным промышленным процессом, но это дорого и энергоемко.
Пористые органические клетки развивающегося пористого материала, первый отчет группы профессор Эндрю Купер из Университета Ливерпуля в 2009 году, которые были использованы ранее для выделения изомеров ксилола, благородные газы, и хиральных молекул.
Однако, очищая дейтерия от водорода/дейтерия газовых смесей в этом случае сложно, потому что оба изотопа имеют одинаковый размер и форму при нормальных условиях. Путем объединения мелких пор и крупнопористого клетки вместе в один сплошной, группа подготовила материал с высокое качество разделения, который сочетает в себе отличное дейтерия/водорода с высокой селективностью поглощения дейтерия.
Исследования возглавил профессор Эндрю Купер ФРС, чья команда в материалы инновационного завода разработаны и синтезированы новые клетки систем. Отдельная команда во главе с доктором Майклом Хиршер в Институте Макса Планка интеллектуальных систем протестировали производительность разделения с использованием криогенных термодесорбционной спектроскопии.
Профессор Купер сказал: «разделение изотопов водорода-одни из самых сложных молекулярных разлук известна сегодня. «Святой Грааль» для водорода / разделения дейтерия ввести правильный размер поры для достижения высокой селективности без потери газа слишком много поглощения».
«Наш подход позволяет чрезвычайно тонкие настройки размера пор — все окно возможностей настройки для этой серии клеток охватывает диаметром в один атом азота, и это идеально подходит для приложений, таких как KQS.»
Ведущий автор исследования доктор Минг Лю добавил: «в то время как синтетический подход предполагает органический синтез многошаговых, каждый шаг переходит в близкий к 100% выход и нет никакого промежуточного очищения, так что есть хороший потенциал для масштабирования этих материалов».
Структурные исследования, проведенные в Diamond Великобритании источник света и дополнительный источник света в Калифорнии, позволило команде Ливерпуль разработать избирательный участок, твердофазных реакций, что дало возможность размер пор пористых органических клетках, чтобы быть тонко настроены. Эти исследования также включены в команду для того чтобы конструировать и изучить структуру их лучший материал, который объединил мелкие поры и крупнопористого клетки. Соавтор д-р Марк немного добавил: «данные, собранные на этих мировых удобства лежат наши ключевые структурные выводы и являются неотъемлемой частью этого исследование».
Механистического понимания превосходную производительность этих материалов была поддержана на совместном расчетные усилия, во главе с доктором Линьцзяне Чен из книга Воронова научно-исследовательский центр функциональных материалов конструкции в материалах «Фабрика инноваций», а также с привлечением теоретических групп Сиань Цзяотун-Ливерпульский университет (Китай) и Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария).
Несмотря на то, что материал имеет отличную производительность для разделения дейтерия из водорода, идеальная температура низкая (30 л). Группа сейчас работает над разработкой нового материала, который может отделить изотопов водорода при более высоких температурах.
Исследование было поддержано Совет Европейского исследовательского совета, книга Воронова доверие, и китайский стипендиальный Совет.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!