在当今世界越来越关注化石燃料使用对环境和地缘政治影响的背景下，核能重新成为人们极大兴趣的话题。它能够在不排放温室气体的情况下大规模发电，有望成为一种可持续的清洁能源，可以帮助社会从化石燃料向净零排放的未来过渡。然而，核能发电确实会产生放射性废物。核废料的安全管理仍然是一项至关重要的挑战，必须解决这一挑战才能赢得公众对这一变革性电力解决方案的信心。

现在，休斯顿大学研究人员团队提出了一种核废料管理的创新解决方案：基于环四苯肼腙的分子晶体。这些晶体基于该团队2015年的一项发现，能够捕获水溶液和有机溶液中以及两者之间的界面上的碘(最常见的放射性裂变产物之一)。

“最后一点尤其重要，因为界面上的碘捕获可以防止碘到达并损坏核反应堆和废物安全壳中使用的专用油漆涂层，”化学教授、详细介绍《细胞报告物理科学》突破性论文的通讯作者OgnjenMiljanic说。

这些晶体表现出惊人的碘吸收能力，可与多孔金属有机骨架(MOF)和共价有机骨架(COF)相媲美，而后者此前被认为是碘捕获材料的巅峰之作。

亚历山德拉·罗伯斯(AlexandraRobles)是这项研究的第一作者，也是一名前博士生，她的论文就是基于这项研究，当她做出这一发现时，她正在Miljanic的实验室中研究晶体。她对寻找核废料解决方案的兴趣促使罗伯斯研究使用晶体捕获碘。

米尔贾尼奇说：“她最终在有机层和水层之间的界面上捕获了碘，这是一种尚未得到充分研究的现象。”他补充说，这一特殊功能提供了一个至关重要的优势。“当该材料沉积在有机层和水层之间时，它基本上阻止了碘从一层转移到另一层。”

这一过程不仅可以保持反应堆涂层的完整性并增强密封性，而且捕获的碘也可以从一个区域转移到另一个区域。“这里的想法是，你在难以管理的地方捕获它，然后在易于管理的地方发布它，”米尔贾尼奇说。

这种捕获和释放技术的另一个好处是晶体可以重复使用。“如果污染物只是粘在摄政王身上，那么整个东西就必须扔掉，”他说。“这会增加浪费和经济损失。”

当然，所有这些巨大的潜力还需要在实际应用中进行检验，这也是Miljanic下一步的思考。

这些晶体非常小，看起来像粉末，在捕获碘后从焦棕色变成深紫色。图片来源：休斯顿大学

分子、晶体和章鱼

Miljanic的团队使用市售化学品创造了这些仅含有碳、氢和氧原子的微小有机分子。

每个晶体都是一个环形结构，其中有八个线性部分，这使得研究小组将其昵称为“章鱼”。

米尔贾尼奇说：“它们非常容易制造，并且可以用相对便宜的材料大规模生产，无需任何特殊的保护气氛。”

他估计，目前他可以在学术实验室以每克1美元左右的成本生产这些晶体。Miljanic相信在工业环境中成本会大幅下降。

这些饥饿的小晶体用途广​​泛，可以捕获的不仅仅是碘。米尔贾尼奇和他的团队已经使用其中一些来捕获二氧化碳，这将是迈向更清洁、更可持续的世界的又一大进步。此外，“章鱼”分子与用于制造锂离子电池的材料中发现的分子密切相关，这为其他能源机会打开了大门。

“这是一种简单的分子，可以做各种不同的事情，具体取决于我们如何将它与任何给定系统的其余部分集成，”米尔贾尼奇说。“因此，我们也在寻求所有这些应用程序。”

他对晶体提供的众多潜力感到兴奋，并期待探索实际应用。他的下一个目标是找到一个能够帮助科学家探索不同商业方面的合作伙伴。

在此之前，研究人员计划进一步探索晶体结构的动力学和行为，以使它们变得更好。

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标签：晶体碘研究