新型网格材料助力加快实现核聚变

英国利物浦大学（University of Liverpool）的科学家发明了一种可以有效地分离氢的几种同位素的材料，为人类使用核聚变能源的前景添砖加瓦。

氢的三种同位素氕（普通氢）、氘（重氢）和氚（超重氢）的分离技术，是核聚变能源技术中的关键环节。可是目前的分离技术需要耗费很多能量而且低效。纳米孔材料有望通过“动力量子筛”（KQS）技术分离这几种同位素，但是效能不够好，也难以扩大规模。

近期一份发表在《科学》（Science）上的研究，发明了一种混合多孔有机材料，可以有效地分离氕、氘同位素。

氘，也叫重氢，在商业和研究领域都能用到，包括核能、NMR光谱学和药理学等。这些应用需要高纯度氘，由于自然界中天然含量少，这使得高纯度氘成本很高。

这份研究使用的多孔有机网格材料，近年来越来越多地被采用，最早在2009年由利物浦大学的库珀（Andrew Cooper）提出，之前在二甲苯异构体、稀有气体和手性分子的分离技术中也用到过。

现在将其用于氕和氘混合气体的分离难度更大，因为在常态下，两种同位素大小、形状都差不多。这份研究造出的材料通过大小孔结合的固态网格结构，能够很好地筛选这两种同位素。

库珀说：“氢同位素的分离是当今最困难的分子分离技术之一，需要精确控制过滤孔的大小实现高质量筛选。我们采用的方法就能非常准确地调整孔的大小。”

主要研究员刘明）说：“尽管合成的方式包括好几个有机合成步骤，每一步的产出接近100%，不需要中间的纯化过程，因此扩大规模的潜力佳。”

不过，这种技术需要的温度比较低，只有30K，研究组正在优化材料，希望造出新材料在温度高一些的环境下进行氢同位素的分离。