O deutério, o irmão pesado do hidrogênio, é considerado um material promissor do futuro por causa de sua ampla gama de aplicações – na ciência, na geração de energia ou na produção de produtos farmacêuticos. No entanto, a extração de deutério de sua mistura natural de isótopos tem sido complexa e cara. Com um material poroso desenvolvido na Technische Universität Dresden, isso poderá ser feito em breve de forma mais eficiente e econômica. O novo método já foi publicado na revista científica Science Advances .
A nave espacial Enterprise voou pela galáxia usando deutério como combustível. Mesmo que isso fosse ficção científica das décadas de 1960 e 1970, pesquisas sobre a real aplicação do isótopo de hidrogênio para geração de energia ainda estão em andamento hoje. O principal desafio aqui é a extração do isótopo. O deutério (chem. abreviatura D, hidrogênio "pesado") é um dos três isótopos naturais do hidrogênio, junto com o prótio (H, hidrogênio "normal") e o trítio (T, hidrogênio "superpesado"). Tanto o deutério quanto o prótio são isótopos estáveis ​​de hidrogênio. A água comum e a água pesada feita de deutério são igualmente estáveis. O trítio (T) é extremamente promissor do ponto de vista técnico, mas não está isento de preocupações de segurança devido à sua radioatividade.

O deutério é extraído de água pesada, ou seja, água contendo deutério, que está contido em 0,15 por mil nos recursos hídricos naturais de nossa terra. Para fazer isso, a água pesada é primeiro isolada usando processos químicos e físicos e, em seguida, o gás deutério é produzido. Esses processos são tão complexos e consomem muita energia que um grama de deutério é mais caro que um grama de ouro, embora sua ocorrência natural seja muitas vezes maior.

Mas a demanda por deutério puro continua a crescer, porque suas propriedades físicas únicas significam que suas aplicações potenciais estão longe de serem esgotadas:quando usado em medicamentos, o deutério já demonstrou ter um efeito de prolongamento da vida, embora inicialmente apenas para o ingrediente ativo em si. Os medicamentos contendo deutério podem ser dosados ​​mais baixos, para que seus efeitos colaterais também sejam reduzidos. Em reatores nucleares, o deutério desempenha um papel importante como moderador. Além disso, uma mistura de deutério e trítio ou ³ O hélio está planejado para ser usado como combustível em futuros reatores de fusão. Outros campos de aplicação incluem medicina, ciências da vida, análise e novas telas de TV.

Em uma colaboração interdisciplinar, os grupos do Prof. Stefan Kaskel e do Prof. Thomas Heine da TU Dresden, juntamente com o Dr. Michael Hirscher do MPI for Intelligent Systems Stuttgart, desenvolveram agora um novo mecanismo de separação para os isótopos de hidrogênio baseado no estrutura metal-orgânica "DUT-8" desenvolvida na TU Dresden. "Nosso material permite a separação do deutério gasoso do hidrogênio. A estrutura metal-orgânica exclusiva DUT-8 é altamente flexível e pode adaptar dinamicamente o tamanho dos seus poros. deixa a estrutura fechada. Esse reconhecimento altamente seletivo leva a uma alta seletividade de separação combinada com alta absorção de deutério ", explica Stefan Kaskel, professor de Química Inorgânica da TU Dresden. Com seu grupo, ele se especializou em novos materiais funcionais nanoestruturados e porosos para armazenamento e conversão de energia e já desenvolveu vários materiais patenteados.

Seu material DUT-8, publicado em 2012, inicialmente não apresentava captação de hidrogênio, nem em alta pressão nem em temperaturas muito baixas. "Durante nossas medições no MPI em Stuttgart, observamos pela primeira vez uma abertura da estrutura do DUT-8 sob atmosfera de deutério a temperaturas muito baixas. Posteriormente, também conseguimos separar experimentalmente misturas de isótopos de hidrogênio, com o material atuando como uma espécie de 'peneira quântica' flexível e, portanto, extremamente eficiente", explica o Dr. Michael Hirscher, que há vários anos pesquisa mecanismos eficientes de separação de isótopos de hidrogênio no MPI para Sistemas Inteligentes.

Cálculos de primeiros princípios em conjunto com termodinâmica estatística preveem a abertura seletiva de isótopos e os racionalizam com efeitos quânticos nucleares pronunciados. No entanto, existem outros chamados isotopólogos (moléculas dos mesmos elementos, mas diferentes isótopos) de hidrogênio, ou seja, HD, HT, DT e T₂ , que devem ser considerados na separação, e aqueles que contêm T são radioativos. No grupo de Thomas Heine, Chair of Theoretical Chemistry da TU Dresden, o comportamento destes isotopólogos foi simulado. "Neste trabalho conjunto, conseguimos substituir experimentos problemáticos relacionados à segurança por material radioativo com simulações de computador validadas e, assim, fazer previsões para possíveis aplicações desse efeito de abertura dependente de isótopos do DUT-8", explica o professor Heine. Suas simulações mostram que o DUT-8 abre apenas para isotopólogos sem isótopos H leves. Para a DH, essas previsões já foram confirmadas experimentalmente pelo grupo do Dr. Hirscher. + Explorar mais

Níveis excessivos de deutério encontrados em ossos de mamíferos marinhos