这种疯狂的新材料可以捕获并回收放射性核燃料
西北太平洋国家实验室
所有能源生产过程最终都会对环境造成某种损害，但核电的影响要难以管理，因为核电会产生危险且长寿命的放射性废物。 现在，科学家们发明了一种新材料，可以使核燃料回收变得更清洁、更便宜、更有效。
这种新材料是通过实验和计算机建模相结合而确定的，并且基于我们对称为“材料”的已知材料的了解。金属有机骨架（或 MOF）。
MOF 内部有微小的孔隙，通常只有一个分子大小，这使得它们能够通过以下方式分离和捕获气体混合物：选择性吸附。 就核燃料回收而言，我们谈论的是放射性气体氙和氪，当铀和钚重新利用时，它们会作为废物被释放出来。
通常，捕获这些气体并进行回收需要远低于冰点的低温，而维持这种温度既昂贵又耗能。 MOF 材料的吸引力在于它可以在环境温度下完成相同的工作。
计算化学家团队研究了 125,000 种可能的 MOF，使用七种不同的特征来预测每种 MOF 捕获氙的效果。 模拟最终确定了一种名为 SBMOF-1 的材料是有效捕获气体的有力竞争者，因此他们在实验室实验中对其进行了测试，以进一步测试其适用性。
“这是计算机启发材料发现的一个很好的例子，”材料科学家 Praveen Thallapally 说道来自美国能源部太平洋西北国家实验室。 “通常实验结果比计算结果更真实。这一次，计算机建模向我们展示了实验没有告诉我们的东西。”
不过，事情并非一帆风顺：团队最初在准备过程中将 SBMOF-1 加热到过高的温度，这会导致材料中的孔隙闭合，从而使氙分子无法再容纳在内部。 一旦温度降低，SBMOF-1 在干燥和潮湿条件下都能有效发挥作用。
对于这一发现也至关重要的是先进技术的应用技术，这有助于减少对 125,000 种模拟材料中每种材料进行建模所需的时间。 这些额外的编码创新能够更快地标记不合适的材料 - 否则该过程可能会花费更长的时间超级计算机几周才能完成。
在 SBMOF-1 获得批准并积极用于回收核燃料之前，还需要进一步研究，但研究小组认为，这种材料和其他类似的 MOF 可以在捕获其他材料方面有进一步的应用。惰性气体（最右边的那些元素元素周期表）。
核燃料回收并不是每个国家都赞同的想法：对安全和成本的担忧但这意味着美国目前并未回收其核废料有回收厂在英国、法国、日本、俄罗斯和印度。
但如果像导致 SBMOF-1 的发现能够帮助使这一过程变得更便宜、更可靠，那么它可能会成为未来核电国家更受欢迎的选择。
研究结果发表于自然通讯。
