Tiến bộ trong nghiên cứu hydro: Phân tách đồng vị hiệu quả hơn trong tầm ngắm
bởi Đại học Leipzig
Minh họa về liên kết ưu tiên của hydro nặng (màu xanh) với hydro nhẹ (màu trắng) tại trung tâm kim loại, được kích hoạt bằng liên kết của một phân tử nước (oxy đỏ, hydro trắng). Nguồn: Đại học Leipzig
Hydro, nguyên tố nhẹ nhất trong tất cả các nguyên tố, đang có nhu cầu lớn do vai trò đầy hứa hẹn của nó như một nguồn tài nguyên bền vững trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Một nhóm từ Đại học Leipzig và TU Dresden, với tư cách là một phần của Nhóm đào tạo nghiên cứu đồng vị hydro 1,2,3H, đã có một bước đột phá quan trọng trong việc cung cấp đồng vị hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
Đây là ba dạng hydro tồn tại trong tự nhiên—dưới dạng protium, deuterium hoặc tritium. Nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã có bước tiến lớn hướng tới hiện thực hóa ước mơ phân tách đồng vị hydro ở nhiệt độ phòng với chi phí thấp. Những phát hiện của nhóm đã được công bố trên tạp chí Chemical Science.
Protium, hay hydrogen-1, là dạng phổ biến nhất của hydrogen. Deuterium, được gọi là hydrogen nặng, đang đóng vai trò ngày càng quan trọng, ví dụ, trong việc phát triển các loại dược phẩm ổn định và hiệu quả hơn. Một hỗn hợp của deuterium và tritium, hydrogen "siêu nặng", đóng vai trò là nhiên liệu cho phản ứng tổng hợp hạt nhân, một nguồn năng lượng bền vững trong tương lai.
Một trong những vấn đề chưa được giải quyết trong nghiên cứu hydrogen là làm thế nào để cung cấp các đồng vị này ở dạng cực kỳ tinh khiết theo cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí, vì chúng có các tính chất vật lý rất giống nhau. Các quy trình tách đồng vị hiện tại không hiệu quả lắm và tiêu tốn rất nhiều năng lượng.
"Người ta đã biết trong gần 15 năm rằng về nguyên tắc, các khung kim loại-hữu cơ xốp có thể được sử dụng để tinh chế và tách các đồng vị hydro. Tuy nhiên, điều này chỉ có thể thực hiện được ở nhiệt độ rất thấp, khoảng âm 200 độ C—điều kiện rất tốn kém để triển khai trên quy mô công nghiệp", Giáo sư Knut Asmis từ Viện Hóa học Vật lý và Lý thuyết Wilhelm Ostwald tại Đại học Leipzig và là người phát ngôn của Nhóm Đào tạo Nghiên cứu cho biết.
Ông nói thêm rằng cơ chế phân tách dựa trên sự hấp phụ được ưa chuộng mạnh mẽ của một trong các đồng vị có trên một trong các trung tâm kim loại tự do trong chất rắn xốp. Hấp phụ là quá trình mà các nguyên tử, ion hoặc phân tử từ chất khí hoặc chất lỏng bám vào bề mặt rắn, thường xốp.
Các nhà nghiên cứu tiến sĩ của Nhóm đào tạo nghiên cứu 1,2,3H, Elvira Dongmo, Shabnam Haque và Florian Kreuter, tất cả đều là thành viên của một trong những nhóm nghiên cứu do Giáo sư Thomas Heine (TU Dresden), Giáo sư Knut Asmis và Giáo sư Ralf Tonner-Zech (cả hai đều thuộc Đại học Leipzig) đứng đầu, hiện đã có được cái nhìn sâu sắc hơn về ảnh hưởng của môi trường khung đối với khả năng chọn lọc liên kết.
Điều này có nghĩa là câu hỏi tại sao một trong các đồng vị có khả năng bám dính cao hơn đồng vị kia. Điều này đã được giải mã chi tiết trong nghiên cứu hiện tại thông qua sự tương tác hiệp đồng giữa quang phổ học hiện đại, tính toán hóa học lượng tử và phân tích liên kết hóa học trên một hệ thống mô hình.
"Lần đầu tiên, chúng tôi có thể chỉ ra ảnh hưởng của từng nguyên tử trong hợp chất khung đối với khả năng hấp phụ. Bây giờ chúng tôi có thể tối ưu hóa chúng theo cách có mục tiêu để thu được vật liệu có khả năng chọn lọc cao ở nhiệt độ phòng", Heine cho biết.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
