氢是最轻的元素，在能源转型过程中，其作为可持续资源的潜力越来越受到关注。来自莱比锡大学和德累斯顿工业大学、氢同位素1,2,3H研究培训组的研究人员在有效且经济地提取同位素方面取得了重要进展。氢有三种自然形式：普通氢、氘和氚。国际研究团队在实现其在室温下分离这些氢同位素而无需高成本的目标上取得了重大进展。他们的研究成果刚刚发表在《化学科学》杂志上。
普通氢，也称为氢-1，是氢的最普遍形式。氘被称为重氢，特别是在创建更稳定和有效的药物时，变得越来越有价值。氘和氚的结合，称为“超重氢”，作为核聚变的燃料，为未来提供了一种可持续的能源选择。在氢研究中的一个主要挑战是如何有效且经济地以高度纯净的形式生产这些同位素，因为它们的物理特性非常相似。现有的同位素分离方法相当低效，需要大量的能量。
莱比锡大学威廉·奥斯特瓦尔德物理与理论化学研究所的教授、研究培训组发言人克努特·阿斯米斯教授解释道：“近15年来，理论上认为多孔金属有机框架可以用于净化和分离氢同位素。但这一过程仅在极低温度下可行，约为零下200摄氏度，这对工业应用来说具有挑战性且成本高昂。”他补充说，分离过程依赖于一种同位素在多孔材料中自由金属位点上的优先吸附。吸附是指气体或液体的颗粒粘附到固体（通常是多孔）表面上的过程。
来自1,2,3H研究培训组的博士研究人员——艾尔维拉·东莫、沙布南·哈克和弗洛里安·克劳特，是由德累斯顿工业大学的托马斯·海因教授、莱比锡大学的克努特·阿斯米斯教授和拉尔夫·托纳·泽赫教授领导的研究团队的一部分，他们对框架的环境如何影响结合选择性获得了新的见解。这解答了为什么一种同位素倾向于比另一种同位素更易附着。他们的当前研究通过联合方法详细阐述了这一点，利用先进的光谱技术、量子化学计算和化学结合分析模型系统。“我们首次展示了框架化合物中的单个原子如何影响吸附。这使我们能够专门优化它们，以在室温下创建具有高选择性的材料，”海因表示。
1,2,3H研究培训组自2021年10月以来，得到了德国研究基金会（DFG）540万欧元支持，培训了20多名博士候选人。该组汇聚了莱比锡大学、德累斯顿工业大学、德累斯顿罗斯多夫亥尔莫兹中心和莱布尼茨表面工程研究所的专业知识，以通过整合资源进行氢同位素的基础研究和培训，开发创新材料、更加有效的药物和先进的检测技术。大约15至20名博士候选人的下一届将于2024年10月1日开始他们为期三年的结构化博士项目。
