這種瘋狂的新材料可以捕獲並回收放射性核燃料
西北太平洋國家實驗室
所有能源生產過程最終都會對環境造成某種損害，但核電的影響要難以管理，因為核電會產生危險且長壽命的放射性廢棄物。現在，科學家發明了一種新材料，可以使核燃料回收變得更乾淨、更便宜、更有效。
這種新材料是透過實驗和電腦建模相結合而確定的，並且基於我們對稱為「材料」的已知材料的了解。金屬有機骨架（或 MOF）。
MOF 內部有微小的孔隙，通常只有一個分子大小，這使得它們能夠以以下方式分離和捕捉氣體混合物：選擇性吸附。就核燃料回收而言，我們談論的是放射性氣體氙和氪，當鈾和鈽重新利用時，它們會作為廢物被釋放出來。
通常，捕獲這些氣體並進行回收需要遠低於冰點的低溫，而維持這種溫度既昂貴又耗能。 MOF 材料的吸引力在於它可以在環境溫度下完成相同的工作。
計算化學家團隊研究了 125,000 種可能的 MOF，使用七種不同的特徵來預測每種 MOF 捕捉氙的效果。模擬最終確定了一種名為 SBMOF-1 的材料是有效捕捉氣體的有力競爭者，因此他們在實驗室實驗中對其進行了測試，以進一步測試其適用性。
“這是電腦啟發材料發現的一個很好的例子，”材料科學家 Praveen Thallapally 說道來自美國能源部太平洋西北國家實驗室。 “通常實驗結果比計算結果更真實。這一次，計算機建模向我們展示了實驗沒有告訴我們的東西。”
不過，事情並非一帆風順：團隊最初在準備過程中將 SBMOF-1 加熱到過高的溫度，這會導致材料中的孔隙閉合，使氙分子無法再容納在內部。一旦溫度降低，SBMOF-1 在乾燥和潮濕條件下都能有效發揮作用。
對於這項發現也至關重要的是先進技術的應用技術，這有助於減少對 125,000 種模擬材料中每種材料進行建模所需的時間。這些額外的編碼創新能夠更快地標記不合適的材料 - 否則該過程可能會花費更長的時間超電腦幾週才能完成。
在 SBMOF-1 獲得批准並積極用於回收核燃料之前，還需要進一步研究，但研究小組認為，這種材料和其他類似的 MOF 可以在捕獲其他材料方面有進一步的應用。惰性氣體（最右邊的那些元素元素週期表）。
核燃料回收並不是每個國家都贊同的想法：對安全和成本的擔憂但這意味著美國目前並未回收核廢料有回收廠在英國、法國、日本、俄羅斯和印度。
但如果像導致SBMOF-1這樣的發現能夠幫助使這個過程變得更便宜、更可靠，那麼它很可能成為未來核電國家更受歡迎的選擇。
研究結果發表於自然通訊。
