Un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de investigadores afiliados a UNIST ha logrado desarrollar un método novedoso de separación de deuterio utilizando una clase especial de estructuras organometálicas (MOF) cuyas dimensiones de poro cambian con la adsorción de gas. Esta nueva estrategia permite que el deuterio se difunda más rápidamente a través de los poros expandidos de los MOF en respuesta a la adsorción de gas hidrógeno.

Este avance proviene de un estudio reciente dirigido por el profesor Hoi Ri Moon en la Escuela de Ciencias Naturales de UNIST en colaboración con el profesor Hyunchul Oh de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Gyeongnam (GNTECH), y el Dr. Michael Hirscher del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes. Publicado en el número del 27 de noviembre de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense , el estudio demuestra que un material poroso dinámico puede separar mezclas de moléculas de tamaño y forma similares que requieren un ajuste de poros preciso.

Las estructuras orgánicas metálicas flexibles (MOF) son una clase única de materiales que exhiben cambios dinámicos de apertura de poros provocados por estímulos externos. En MOF flexibles, adsorción y desorción de moléculas huésped, cambios de temperatura, e incluso la presión mecánica da como resultado la expansión y contracción del diámetro de los poros, el proceso similar al mecanismo de respiración.

En el estudio, El equipo de investigación investigó experimentalmente la transición de respiración dinámica del sistema MOF flexible MIL-53 (Al) para una separación eficiente de isótopos de hidrógeno. El estudio es el primer intento de explotar la flexibilidad estructural de los MOF causada por el fenómeno de la respiración para la separación de isótopos de hidrógeno.

"Ante estímulos externos, los MOF flexibles cambian sus dimensiones de poro y esto da como resultado un efecto, conocido como respiración donde los poros se contraen o expanden como respuesta, "dice Jin Yeong Kim, el primer autor del estudio. "Con la ayuda de esta estrategia, es posible adsorber y desorber selectivamente los componentes de gas deseados ".

En el estudio, La profesora Moon y su equipo de investigación han desarrollado una estrategia para separar eficazmente los isótopos de hidrógeno a través del cambio dinámico de poros durante la respiración de MIL-53 (Al). El MIL-53 (Al) es un representante de MOF flexibles con una estructura de red, parecido al de un tubo de goma largo con ambos extremos abiertos.

A una temperatura criogénica (-233 ° C), poros estrechos (0,26 nm, 1 nm =mil millonésima parte de un metro) en MIL-53 (Al) aumentan a poros grandes (0,85 nm) tras la adsorción de gas hidrógeno. La expansión comienza en la entrada y se propaga al centro. Aquí, el deuterio se difunde mucho más rápidamente que el hidrógeno. La difusión del deuterio se produce más cerca del centro donde se encuentran los poros estrechos. Como resultado, solo queda deuterio en MIL-35 (Al).

"Hay un momento en el que el deuterio puede seleccionarse mejor durante el cambio dinámico de la estructura de los poros de la estructura organometálica flexible". dice el profesor Moon, el autor correspondiente del artículo. Ella agrega, "Si captas este momento, el deuterio se puede obtener fácilmente con la máxima eficiencia sin tener que diseñar y sintetizar un sistema de separación complejo ".

Los investigadores ajustaron sistemáticamente la estructura de los poros cambiando la temperatura de exposición, presión, y tiempo para encontrar la estructura de poros óptima de MIL-53 (Al). Como resultado, se pudo separar una gran cantidad de deuterio (12 mg) por 1 g de MIL-53 (Al). Para referencia, en el estudio anterior, la cantidad de separación de deuterio fue sólo de 5 mg por gramo de material poroso.

"Este estudio demuestra el potencial de una estructura organometálica flexible en la separación de isótopos de hidrógeno, "dice el profesor Oh, el autor correspondiente del artículo. Él añade, "Esta investigación proporcionará nuevas ideas para desarrollar un sistema eficiente, exhibiendo una alta selectividad y capacidad de separación, para separar mezclas gaseosas de átomos / moléculas con tamaño y forma similares ".