ऊंचे तापमान पर ड्यूटेरियम के कुशल पृथक्करण के लिए नई सामग्री

ड्यूटेरियम, हाइड्रोजन का एक स्थिर आइसोटोप, अर्धचालक और प्रदर्शन उपकरणों के स्थायित्व और चमकदार दक्षता को बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, साथ ही साथ ऊर्जा उत्पादन में एक संलयन ईंधन के रूप में सेवा करता है। हालांकि, डी 2 की बढ़ती मांग इसके उत्पादन में चुनौतियां प्रस्तुत करती है, मुख्य रूप से तापमान पर आयोजित एक क्रायोजेनिक आसवन प्रक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन से अलग करने की आवश्यकता के कारण 20 k (-253 ° C) के रूप में कम। जबकि अनुसंधान ने डी 2 पृथक्करण के लिए धातु-कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) के उपयोग का पता लगाया है, उनकी दक्षता ऊंचे तापमान पर काफी कम हो जाती है।

इस अध्ययन में, अनुसंधान टीम ने एक तांबा-आधारित ज़ियोलाइट इमिडाज़ोलेट फ्रेमवर्क (Cu-ZIF-GIS) प्रस्तुत किया, जो 120 K (-153 ℃) पर भी असाधारण D2 पृथक्करण प्रदर्शन को दर्शाता है। जबकि ठेठ MOF लगभग 23 K (-250 ℃) पर प्रभावी रूप से काम करते हैं, उनका प्रदर्शन 77 K (-196 ℃) के तापमान के रूप में तेजी से कम हो जाता है। हालांकि, नव विकसित CU- आधारित MOF उच्च तापमान पर इसकी प्रभावशीलता को बनाए रखने में एक महत्वपूर्ण लाभ प्रदर्शित करता है।

पहली बार, अनुसंधान टीम ने पहचान की कि इस सामग्री का बेहतर प्रदर्शन तापमान बढ़ने के साथ इसकी जाली के बढ़े हुए विस्तार से होता है। क्रायोजेनिक तापमान पर, विकसित एमओएफ के छिद्र एच 2 अणुओं से छोटे होते हैं, जिससे उनके मार्ग को रोकते हैं। हालांकि, जैसे -जैसे तापमान बढ़ता है, जाली का विस्तार होता है, जिससे छिद्र आकार में वृद्धि होती है। यह इज़ाफ़ा छिद्रों के माध्यम से गैसों के पारित होने की सुविधा प्रदान करता है, जिससे एच 2 और डी 2 के अलगाव को क्वांटम सीविंग प्रभाव के माध्यम से सक्षम किया जाता है, जिसमें भारी अणु कम तापमान पर छिद्रों को अधिक कुशलता से पार करते हैं।

पुष्टिकरण इन-सीटू एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) और क्वैसी-एलास्टिक न्यूट्रॉन स्कैटरिंग (क्यूईएस) प्रयोग, ग्रेनोबल, फ्रांस में इंस्टीट्यूट लाए-लैंग्विन (इल) में आयोजित किए गए, यूनिस्ट, एचजेडबी और एमएलजेड से संयुक्त टीम द्वारा, लैटिस फ्रेमवर्क के विस्तार की पुष्टि की, साथ ही साथ अंतर तापमान में भी। इसके अतिरिक्त, थर्मल डिसोर्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी (टीडीएस) प्रयोगों से विश्लेषण ने ऊंचे तापमान पर स्थिर डी 2 पृथक्करण का संकेत दिया।

प्रोफेसर ओह ने टिप्पणी की, “रिपोर्ट की गई सामग्री सबसे कम ऊर्जा की खपत और सबसे कम तापमान की तुलना में पृथक्करण दक्षता को बढ़ाती है, जो बेहद कम तापमान पर काम करती है।” डॉ। जीता पार्क ने आगे उल्लेख किया, “इन निष्कर्षों को मौजूदा एलएनजी क्रायोजेनिक इन्फ्रास्ट्रक्चर का उपयोग करके टिकाऊ आइसोटोप पृथक्करण प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए लागू किया जा सकता है, जो इसके संभावित औद्योगिक प्रभाव को रेखांकित करता है।”

डॉ। मार्गरिटा रसेना ने इस अध्ययन में क्यूईएस की महत्वपूर्ण भूमिका पर प्रकाश डाला, जिसमें कहा गया है: “क्यूईएस के साथ, हम सीधे एमओएफ में एच 2 और डी 2 की आणविक गति की जांच कर सकते हैं, जो कि उनके प्रसार व्यवहार में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं और झरझरा सामग्री के साथ बातचीत की सराहना करते हैं। अधिक कुशल आइसोटोप पृथक्करण के लिए सामग्री की एक नई पीढ़ी का विकास। “

रिसर्च टीम, संयुक्त रूप से UNIST में केमिस्ट्री विभाग से प्रोफेसर ह्यंचुल ओह के नेतृत्व में, सोंगसिल विश्वविद्यालय से प्रोफेसर जाहोन किम, म्यूनिख (टूम) के तकनीकी विश्वविद्यालय में हेंज मैयर लेबनिट्ज़ ज़ेंट्रम (एमएलजेड) से हेन्ज़ मैयर लीबनिट्ज़ ज़ेंट्रम (एमएलजेड) से, हॉलिन-ज़ेंट्रम बर्नलिन फाउरिन मर्जी के लिए। 19 मार्च, 2025 को। इस अध्ययन में यूनिस्ट में रसायन विज्ञान विभाग से मिनजी जंग, जैवू पार्क और रायश मुहम्मद भी शामिल थे, जिन्होंने सह-प्रथम लेखकों के रूप में कार्य किया था। इस शोध के निष्कर्षों को प्रकाशित किया गया है प्रकृति संचार 27 फरवरी, 2025 को। इस अध्ययन को कोरिया के नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (एनआरएफ) और विज्ञान और आईसीटी (एमएसआईटी) मंत्रालय और बीम समय के आवंटन के लिए फ्रांस में ग्रेनोबल, फ्रांस में इंस्टीट्यूट लाए-लैंग्विन (बीमार) द्वारा समर्थित किया गया था।