Stellen Sie sich vor, es g?be ein Sieb, das gleich gro?e Kugeln nach Farben trennt – in unserer sichtbaren Welt ein unm?gliches Vorhaben. In der Welt der Quantenmechanik jedoch ist genau das Realit?t: Die nahezu identischen Isotope Wasserstoff (H?) und Deuterium (D?) lassen sich voneinander trennen. Der Schlüssel liegt in der sogenannten Nullpunktsenergie – einem quantenmechanischen Effekt, der die Isotope unterscheidbar macht.

Forscher um Prof. Dr. Dirk Volkmer vom Lehrstuhl für Festk?rper- und Materialchemie der Universit?t Augsburg haben in einer neuen Studie zusammen mit einem internationalen Forschungsteam gezeigt, dass dieser Effekt in Mangantriazolat (Mn(ta)?), einem por?sen metall-organischen Gerüstnetzwerk, besonders ausgepr?gt ist. Diese Erkenntnis k?nnte künftig für eine energieeffizientere Produktion des Zukunftsrohstoffs Deuterium Anwendung finden.

Deuterium ist nicht nur bedeutend als zukünftiger Brennstoff in Fusionsreaktoren, sondern auch zur Anwendung in OLEDs, für gesteigerte Lichtausbeuten und Langlebigkeit. Es findet bereits vielfach Verwendung als L?sungsmittel bei der NMR-Spektroskopie, in der Biochemie als Marker oder als Moderator in Kernkraftwerken.

Anspruchsvolle Molekül-Trennung

Die Trennung von Wasserstoff und Deuterium ist ?u?erst anspruchsvoll, da beide Moleküle nahezu identische chemische Eigenschaften besitzen, in Form und Gr??e nahezu gleich sind und sich lediglich durch ein zus?tzliches Neutron im Atomkern des Deuterium-Isotops – und damit durch ihre Masse – unterscheiden.

Dass eine Trennung dennoch m?glich ist, zeigte Volkmer mit seiner Forschungsgruppe bereits in früheren Studien. Ein por?ses metall-organisches Gerüstnetzwerk (MOF) agiert als molekulares ?Sieb“ und interagiert durch Quanteneffekte unterschiedlich stark mit den Wasserstoff- und Deuterium-Molekülen.

Vielf?ltige Anwendungsm?glichkeiten

MOF sind por?se Materialen, die durch 威尼斯赌博游戏_威尼斯赌博app-【官网】lionen als Knotenpunkte und organische Liganden als Bindeglieder nach dem Baukastenprinzip zusammengebaut werden k?nnen. Durch Variation dieser Bausteine l?sst sich eine schier unendliche Zahl verschiedenster Strukturen aufbauen, deren Eigenschaften wie die Porengr??en und Poren?ffnungen aber auch die chemische Beschaffenheit der inneren Oberfl?che zielgerichtet angepasst werden k?nnen. Dies führt zu einer Vielzahl von Anwendungsm?glichkeiten z. B. in der 威尼斯赌博游戏_威尼斯赌博app-【官网】izin zur kontrollierten Wirkstofffreisetzung, der Katalyse, Sensorik, Gasspeicherung, aber insbesondere auch der Trennung von Gasen.

?Unsere Ergebnisse sind wegweisend, um den Einsatz von MOF für effiziente Trennungsverfahren von Deuterium und Wasserstoff voranzutreiben. Insbesondere mit der rapide steigenden Produktion von Wasserstoff k?nnten sich solche Trennverfahren als sehr lukrativ erweisen und einen Beitrag zur Rohstoff- und Energieversorgung der Zukunft liefern“, erkl?rt Volkmer.

Zur Studie

Linda Zhang, Richard R??-Ohlenroth, Vanessa K. Peterson, Samuel G. Duyker, Cheng Li, Jhonatan Luiz Fiorio, Jan-Ole Joswig, Robert Dinnebier, Dirk Volkmer, Michael Hirscher.?Isotopologue-induced structural dynamics of a triazolate metal-organic framework for efficient hydrogen isotope separation, Nature Communications 2025.
Die vollst?ndige Studie ist frei zug?nglich unter? https://doi.org/10.1038/s41467-025-61107-3