山东大学前沿化学研究院邓伟侨教授团队在含氘水除氘方向取得研究新进展

近日，化学与化工学院前沿化学研究院邓伟侨教授团队在水/氘水混合物去除氘方面取得新进展，相关成果以“Removal of Deuterium Oxide from Sessile Microdroplets under Ambient Conditions”为题，发表在期刊SCIENCE CHINA Chemistry（中科院一区，IF=10.4）上。山东大学博士研究生徐雨春、副研究员杨丽为论文共同第一作者，邓伟侨教授和李真副教授为共同通讯作者，山东大学为第一完成单位。

氘水（D₂O）是水的同位素体之一，在化学、医学、生物和核工业等领域有着广泛应用。这些领域使用D₂O通常会产生氘水和水的混合物，需要有效的方法来分离特定的成分，以实现材料回收和环境保护。然而，D₂O和H₂O相似的理化性质给这两种水同位素体的分离带来挑战。目前分离D₂O/H₂O的方法包括热扩散、气相色谱、低温蒸馏、电催化和多孔材料吸附等，但大多存在设备复杂、效率低、能耗高等问题。

图1. 铂基底上微液滴中去除氘水原理示意图

基于以上背景，该研究提出了一种利用固着微滴从H₂O/D₂O混合物中去除氘的策略。在一定H₂O/D₂O浓度的微滴中，氘的浓度随着时间的推移逐渐降低，从而使D₂O的最终浓度趋于天然丰度(0.015%)。这种减少可以在各种材料基底、微滴大小、氘水浓度和环境湿度水平上实现。理论模拟证明氘的去除包括自然蒸发和H-D交换两部分，并表明氘的去除归因于液滴、基底、空气三相界面处的H-D交换。实验结果进一步证实了铂作为一种已知的H-D交换催化剂，可特别促进H₂O/D₂O的分离。最高的水分离因子可高达88800，预估能耗低至14J/Kg。该研究在环境条件下微滴对D₂O的去除效率高，提供了一种低能耗、操作简单的水同位素体去除方法。另外，考虑到氘和氚同位素的相似性，该策略有望进一步推广应用于核污染水除氚（T）。将氚水从液体微滴中分离至气相后，可通过清洁无能耗的光催化过程将氚水分解成轻质氚气逃逸至外太空。该策略为含氚核污水的处理提供了一种潜在的低能耗路线。

上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助。