Une équipe de recherche affiliée à UNIST a développé avec succès un nouveau matériau poreux pour la séparation efficace du deutérium, un carburant primaire pour la fusion nucléaire. L'équipe, dirigée conjointement par les professeurs Wonyoung Cho et Hyunchul OH dans le Département de chimie de Unist, a publié les résultats en Édition internationale d'Angewandte Chemie.
Les cadres métal-organiques (MOF) sont une forme de matériaux poreux et cristallins construits par la formation de liaisons chimiques entre les ions métalliques et les ligands organiques. Un MOF sépare le deutérium isotopique à l'hydrogène lourd de l'hydrogène ordinaire, tout comme les tamis à grains qui détectent le millet et d'autres grains pour le dépistage et le classement.
Le MOF nouvellement développé présente une efficacité remarquable dans la séparation du deutérium, même à des températures au-dessus de la température de liquéfaction au gaz naturel liquéfié (GNL) (111k, -162,15 ° C). Il s'agit d'une amélioration significative par rapport à la méthode traditionnelle, qui nécessite des températures cryogéniques beaucoup plus froides inférieures à 20k (-253,15 ° C).
L'équipe a utilisé une stratégie de conception axée sur l'entropie pour créer ce nouveau matériel. En mélangeant différents ligands organiques, similaires à la création d'un cocktail, ils ont augmenté le trouble structurel ou l'entropie dans le MOF. Cet état à haute entropie a optimisé le processus de tarification quantique, qui sépare l'hydrogène et le deutérium en fonction de leurs différents taux de diffusion.
Le tamisage quantique exploite les différences de taux de diffusion entre l'hydrogène et le deutérium. Il en résulte une proportion plus élevée de pores étroits dans le cadre, améliorant ainsi l'efficacité du tamisage quantique. L'équipe l'a confirmé par la diffraction des rayons X et les expériences de percée des isotopes d'hydrogène.
Selon le professeur CHO, « cette étude marque la première application de matériaux poreux à haute entropie pour la séparation et l'adsorption des gaz, confirmant le potentiel de conception basée sur l'entropie ».
Il ajoute: « Nous espérons que cette technologie contribuera à l'utilisation de ressources énergétiques propres et au développement de technologies énergétiques futures. »
