UH 순간: 핵 폐기물에 대한 가능한 해결책으로서 분자 결정의 힘을 밝혀내다

"이것은 모든 종류의 다양한 일을 할 수 있는 일종의 단순한 분자입니다."

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화석 연료 사용의 환경적, 지정학적 영향에 대한 관심이 점점 더 커지는 세계에서 원자력은 큰 관심의 주제로 다시 떠올랐습니다. 온실가스 배출 없이 대규모로 전기를 생산하는 능력은 사회가 화석 연료에서 순 제로 미래로 전환하는 데 가교 역할을 할 수 있는 지속 가능한 청정 에너지원으로서의 가능성을 갖고 있습니다. 그러나 원자력 발전은 방사성 폐기물을 발생시킵니다. 핵 폐기물의 안전한 관리는 이 혁신적인 전력 솔루션에 대한 대중의 신뢰를 얻기 위해 해결해야 하는 중요한 과제로 남아 있습니다.

이제 휴스턴 대학 연구팀은 핵폐기물 관리를 위한 혁신적인 솔루션인 사이클로테트라벤질 히드라존을 기반으로 한 분자 결정을 내놓았습니다. 2015년 팀의 획기적인 발견을 기반으로 하는 이 결정은 가장 일반적인 방사성 핵분열 생성물 중 하나인 요오드를 수용성 및 유기 용액과 둘 사이의 경계면에서 포착할 수 있습니다.

"이 마지막 점은 인터페이스에서 요오드를 포착하면 요오드가 원자로 및 폐기물 격납 용기에 사용되는 특수 페인트 코팅에 도달하여 손상되는 것을 방지할 수 있기 때문에 특히 중요합니다"라고 화학 교수이자 획기적인 기술을 자세히 설명하는 논문의 교신 저자인 Ognjen Miljanic이 말했습니다. 셀 보고서 물리학에서. 이 연구는 국립과학재단(National Science Foundation)의 자금 지원을 받았습니다.

이러한 결정은 이전에 요오드 포집 물질의 정점으로 여겨졌던 다공성 금속-유기 골격(MOF) 및 공유 유기 골격(COF)에 필적하는 놀라운 요오드 흡수 능력을 나타냅니다.

이번 연구의 제1저자이자 이 연구에 대한 논문을 바탕으로 박사과정을 밟았던 전직 박사과정 학생인 Alexandra Robles는 Miljanic의 연구실에서 결정을 연구하던 중 그녀가 이 사실을 발견했습니다. 핵 폐기물에 대한 해결책을 찾는 데 대한 그녀의 관심으로 인해 Robles는 결정을 사용하여 요오드를 포착하는 방법을 조사하게 되었습니다.

"그녀는 결국 유기층과 물층 사이의 경계면에서 요오드를 포착하게 되었는데, 이는 잘 연구되지 않은 현상입니다"라고 Miljanic은 말했습니다. Miljanic은 이 뛰어난 기능이 결정적인 이점을 제공한다고 덧붙였습니다. "물질이 유기층과 수성 층 사이에 증착되면 본질적으로 한 층에서 다른 층으로 요오드가 이동하는 것을 중단합니다."

이 공정은 원자로 코팅의 무결성을 보존하고 봉쇄를 강화할 뿐만 아니라 포획된 요오드를 한 영역에서 다른 영역으로 이동할 수도 있습니다. 밀야닉은 "여기서는 관리하기 어려운 곳에서 캡쳐한 뒤 관리하기 쉬운 곳에 풀어놓는다는 아이디어가 있다"고 말했다.

이 캐치 앤 릴리스 기술의 또 다른 이점은 크리스탈을 재사용할 수 있다는 것입니다. “오염물질이 섭정에만 달라붙으면 전부 버려야 한다”고 그는 말했다. "그리고 이는 낭비와 경제적 손실을 증가시킵니다."

물론 이러한 모든 위대한 잠재력은 여전히 ​​다음 단계에 대한 Miljanic의 생각을 가지고 있는 실제 응용 프로그램에서 테스트되어야 합니다.

분자, 결정, 그리고 문어, 오 마이!

Miljanic 팀은 상업적으로 이용 가능한 화학 물질을 사용하여 탄소, 수소 및 산소 원자만 포함하는 작은 유기 분자를 만듭니다.

각 수정은 8개의 선형 조각이 나오는 고리 모양의 구조이므로 연구팀은 이를 "문어"라는 별명으로 붙였습니다.

Miljanic은 "이들은 만들기가 아주 쉽고 특별한 보호 분위기 없이 상대적으로 저렴한 재료로 대규모로 생산할 수 있다"고 말했습니다.

그는 현재 학술 연구실에서 그램당 약 1달러의 비용으로 이러한 결정을 생산할 수 있다고 추정했습니다. Miljanic은 산업 환경에서 비용이 크게 줄어들 것이라고 믿습니다.

이 배고픈 작은 결정체는 매우 다재다능하며 요오드보다 더 많은 것을 포집할 수 있습니다. Miljanic과 그의 팀은 그 중 일부를 사용하여 이산화탄소를 포집했는데, 이는 더 깨끗하고 지속 가능한 세상을 향한 또 다른 큰 발걸음이 될 것입니다. 또한 "The Octopus" 분자는 리튬 이온 배터리를 만드는 데 사용되는 재료에서 발견되는 분자와 밀접하게 관련되어 있어 다른 에너지 기회의 문을 열어줍니다.