文摘gydF4y2Ba
发现一个方法分离isotopologues、分子实体在同位素组成不同gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,基本上是和技术上必要的但仍具有挑战性gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。水isotopologues,这是非常重要的生物过程,工业,医疗保健等是最困难isotopologue双分离,因为他们非常相似的物理化学性质和化学交换平衡。在此,我们报告的有效分离水isotopologues在室温下通过构造两个多孔协调聚合物(pcp或有机框架)触发器内部分子运动框架提供diffusion-regulatory功能。客人流量是由当地的运动的动态盖茨在简约的孔隙孔径,从而放大了轻微的水isotopologues扩散率的差异。重要的鬼屋方面的吸附发生在两位初级护理医师:HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO蒸汽优先吸附到pcp,大幅增加吸收比DgydF4y2Ba2gydF4y2BaO蒸汽,促进kinetics-based蒸汽分离HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO / HDO / DgydF4y2Ba2gydF4y2Ba与高H O三元混合物gydF4y2Ba2gydF4y2BaO在室温下约210的分离因子。gydF4y2Ba
这是一个预览的订阅内容,gydF4y2Ba通过访问你的机构gydF4y2Ba
访问选项gydF4y2Ba
订阅自然+gydF4y2Ba
得到直接在线访问自然和其他55个自然杂志gydF4y2Ba
29.99美元gydF4y2Ba
每月gydF4y2Ba
订阅杂志gydF4y2Ba
得到完整的期刊访问1年gydF4y2Ba
199.00美元gydF4y2Ba
只有3.90美元的问题gydF4y2Ba
所有价格是净价格。gydF4y2Ba
增值税将被添加后在付款。gydF4y2Ba
税计算期间将完成付款。gydF4y2Ba
买条gydF4y2Ba
时间有限或全文访问ReadCube。gydF4y2Ba
32.00美元gydF4y2Ba
所有价格是净价格。gydF4y2Ba
数据可用性gydF4y2Ba
支持的数据块在本文和其他研究发现可从相应的作者。x射线晶体坐标结构本文报道已经沉积在剑桥晶体数据中心(CCDC),沉积下数字CCDC) 2100317 - 2100317。这些数据可以获得免费的从剑桥晶体数据中心通过gydF4y2Bahttps://www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cifgydF4y2Ba。gydF4y2Ba
引用gydF4y2Ba
穆勒,p .术语表术语用于物理有机化学。gydF4y2Ba纯粹的达成。化学。gydF4y2Ba66年gydF4y2Ba,1077 - 1184 (1994)。gydF4y2Ba
Bigeleisen, j .化学同位素。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba147年gydF4y2Ba,463 - 471 (1965)。gydF4y2Ba
Kohen, a & Limbach, h。gydF4y2Ba同位素在化学和生物学效应gydF4y2Ba(威利,2005)。gydF4y2Ba
莱维特,m . H。gydF4y2Ba旋转动力学:核磁共振的基本知识gydF4y2Ba(约翰·威利& Sons, 2001)。gydF4y2Ba
黄齐,m . h . v . &迈耶,t . j . Proton-coupled电子转移。gydF4y2Ba化学。牧师。gydF4y2Ba107年gydF4y2Ba,5004 - 5064 (2007)。gydF4y2Ba
桑德森,k大兴趣重药。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba458年gydF4y2Ba,269 - 269 (2009)。gydF4y2Ba
米勒,人工智能& van Alstyne h . m .重水:反应堆的独特的和必要的组成部分。在gydF4y2Ba国际原子能机构技术委员会会议gydF4y2Ba(IAEA, 1993)。gydF4y2Ba
刘易斯,g . n . &麦克唐纳·r·t·H的浓度gydF4y2Ba2gydF4y2Ba同位素。gydF4y2Baj .化学。理论物理。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,341 - 344 (1933)。gydF4y2Ba
Rechavi D。,Scarso, A. & Rebek, J. Isotopomer encapsulation in a cylindrical molecular capsule: a probe for understanding noncovalent isotope effects on a molecular level.j。化学。Soc。gydF4y2Ba126年gydF4y2Ba,7738 - 7739 (2004)。gydF4y2Ba
Mugridge, j·S。,Bergman, R. G. & Raymond, K. N. Equilibrium isotope effects on noncovalent interactions in a supramolecular host-guest system.j。化学。Soc。gydF4y2Ba134年gydF4y2Ba,2057 - 2066 (2013)。gydF4y2Ba
田中,H。,Kanoh, H., Yudasaka, M., Lijima, S. & Kaneko, K. Quantum effects on hydrogen isotope adsorption on single-wall carbon nanohorns.j。化学。Soc。gydF4y2Ba127年gydF4y2Ba,7511 - 7516 (2005)。gydF4y2Ba
邓宁,s . g . et al . H传感器跟踪gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在D O检测gydF4y2Ba2gydF4y2BaO。gydF4y2Ba化学gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,579 - 589 (2017)。gydF4y2Ba
Cai, J。,Xing, Y. & Zhao, X. Quantum sieving: feasibility and challenges for the separation of hydrogen isotopes in nanoporous materials.RSC睡觉。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,8579 - 8586 (2012)。gydF4y2Ba
刘,m . et al .几乎没有多孔有机氢同位素分离的笼子里。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba366年gydF4y2Ba,613 - 620 (2019)。gydF4y2Ba
金,j . Y。,哦,H。&Moon, H. R. Hydrogen isotope separation in confined nanospaces: carbons, zeolites, metal–organic frameworks, and covalent organic frameworks.放置板牙。gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba,1805293 (2019)。gydF4y2Ba
Bigeleisen, J。,Lee, M. W. & Mandel, F. Equilibrium isotope effects.为基础。启。化学。gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,407 - 440 (1973)。gydF4y2Ba
顾,et al。设计和控制纳米多孔气体扩散过程的软水晶。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba363年gydF4y2Ba,387 - 391 (2019)。gydF4y2Ba
Banerjee D。,Simon, C. M., Elsaidi, S. K., Haranczyk, M. & Thallapally, P. K. Xenon gas separation and storage using metal-organic frameworks.化学gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,466 - 494 (2018)。gydF4y2Ba
江,H。,一个lezi, D. & Eddaoudi, M. A reticular chemistry guide for the design of periodic solids.Nat。启板牙。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,466 - 487 (2021)。gydF4y2Ba
Katsoulidis, a . p . et al .化学控制结构和构象上移动客人吸收的多孔材料。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba565年gydF4y2Ba,213 - 217 (2019)。gydF4y2Ba
亨特,S。,Schneemann, A. & Fischer, R. A. Massive anisotropic thermal expansion and thermo–responsive breathing in metal–organic frameworks modulated by linker functionalization.放置功能。板牙。gydF4y2Ba23gydF4y2Ba,5990 - 5996 (2013)。gydF4y2Ba
萨勒斯,f . et al .分子动力学模拟呼吸财政部:结构转换MIL-53 (Cr)在热激活和有限公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba吸附。gydF4y2BaAngew。化学。Int。。gydF4y2Ba47gydF4y2Ba,8487 - 8491 (2008)。gydF4y2Ba
凯,S。D一个illy, A., Yaghi, O. M. & Long, J. R. Impact of preparation and handling on the hydrogen storage properties of Zn4gydF4y2Ba4-benzenedicarboxylate O (1)gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(MOF-5)。gydF4y2Baj。化学。Soc。gydF4y2Ba129年gydF4y2Ba,14176 - 14177 (2007)。gydF4y2Ba
古河道,h . et al .多孔金属有机框架的水吸附和相关材料。gydF4y2Baj。化学。Soc。gydF4y2Ba136年gydF4y2Ba,4369 - 4381 (2014)。gydF4y2Ba
李·g·k . et al .调温客人承认和发布在微孔材料。gydF4y2BaCommun Nat。gydF4y2Ba8gydF4y2Ba15777 (2017)。gydF4y2Ba
斯科特,h . s . et al . C的高选择性分离gydF4y2Ba2gydF4y2BaHgydF4y2Ba2gydF4y2Ba从公司gydF4y2Ba2gydF4y2Ba由一个新的dichromate-based混合ultramicroporous材料。gydF4y2BaACS达成。板牙。接口gydF4y2Ba9gydF4y2Ba,33395 - 33400 (2017)。gydF4y2Ba
哦,H。,P一个rk, K. S., Kalidindi, S. B., Fischer, R. A. & Hirscher, M. Quantum cryo-sieving for hydrogen isotope separation in microporous frameworks: an experimental study on the correlation between effective quantum sieving and pore size.j .板牙。化学。一个gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,3244 - 3248 (2013)。gydF4y2Ba
张,l . et al。利用动态光阑的开放部分氟化财政部提高HgydF4y2Ba2gydF4y2Ba解吸温度和同位素分离。gydF4y2Baj。化学。Soc。gydF4y2Ba141年gydF4y2Ba,19850 - 19858 (2019)。gydF4y2Ba
赵,x et al .滞后吸附和解吸的氢纳米多孔有机框架。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba306年gydF4y2Ba,1012 - 1015 (2004)。gydF4y2Ba
崔,S.-Y。,美国M.-F。,Charmant, J. P. H., Orpen, A. G. & Williams, I. D. A chemically functionalizable nanoporous material [Cu3gydF4y2Ba(TMA)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO)gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]gydF4y2BangydF4y2Ba。gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba283年gydF4y2Ba,1148 - 1150 (1999)。gydF4y2Ba
确认gydF4y2Ba
这项工作得到了国家自然科学基金(批准号21975078),广东基础研究和应用基础研究基金(批准号2021 a1515010311),广东省自然科学基金(批准号2019 b030301003), 111项目(批准号BP0618009),数千名青年人才计划,KAKENHI科研补助金(S)(批准号。JP18H05262 / JP22H05005)的日本社会科学的推广(jsp)。同步辐射实验进行BL02B1和BL02B2 SPring-8与日本同步加速器辐射研究所(JASRI)(建议2020号a0649, 2020 a1469 a0617 2020和2021 a1104)。我们感谢美国川口和y .日本久保田公司帮助VT-XRD SPring-8测量,iCeMS分析中心访问分析仪器,在京都大学和美国淡比访问VASP和计算机资源。屈服强度承认奖学金的支持中国奖学金委员会(批准号202006150059)。gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
作者和联系gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
屈服强度进行实验与分子合成、晶体生长、蒸汽吸附和蒸汽分离。快速出拳和屈服应力进行了单晶和粉末x射线衍射研究和结构分析。J.-J.Z.进行计算研究。萨达姆政权进行核磁共振分析。C.G.项目”栏目的构思和定向研究。所有作者的写作和编辑的手稿。gydF4y2Ba
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba
同行评审gydF4y2Ba
同行审查的信息gydF4y2Ba
自然gydF4y2Ba谢谢Randall Snurr,匿名的,评论家文森特•Guillerm和其他(s)为他们的贡献的同行评审工作。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Ba施普林格自然保持中立在发表关于司法主权地图和所属机构。gydF4y2Ba
扩展数据数据和表gydF4y2Ba
扩展数据图1蒸汽吸附控制材料。gydF4y2Ba
HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线在298 K (gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba(3)沸石孔孔径3 A), (gydF4y2BabgydF4y2Ba3)微孔活性炭(孔隙孔径),(gydF4y2BacgydF4y2Ba3)ZIF-7(孔隙孔径)gydF4y2Ba27gydF4y2Ba,(gydF4y2BadgydF4y2Ba)FMOF-Cu(孔隙孔径2.5)gydF4y2Ba28gydF4y2Ba,(gydF4y2BaegydF4y2Ba)倪gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(bipy)gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(没有gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- m(孔隙孔径2.4)gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba,(gydF4y2BafgydF4y2Ba)倪gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(bipy)gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(没有gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- e(孔隙孔径2.1)gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba,(gydF4y2BaggydF4y2Ba3)铜(OPTz)(孔隙孔径)gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,(gydF4y2BahgydF4y2Ba9)HKUST-1(孔隙孔径)gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba。微孔活性炭和铜(OPTz),他们对H的曲线gydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附是相同的,没有观察到的歧视。FMOF-Cu,吸附量HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO太低adsorption-based分离。ZIF-7,吸附量的差异gydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO只有4.1和3.1厘米gydF4y2Ba3gydF4y2BaggydF4y2Ba1gydF4y2Ba在P / PgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba= 0.5和0.98,分别不一样大gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba和gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba(10.2和9.9厘米gydF4y2Ba3gydF4y2BaggydF4y2Ba1gydF4y2Ba在P / PgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba分别为= 0.98)。3对沸石,尽管表面凝结在高P / PgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba,一个H之间的区别gydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在低P / O观察PgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba< 0.2,归因于集群形成HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO或维gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在不同的P / O PgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba。原则上,这种差异可用于识别水isotopologues通过控制相对压力。然而,在真正的识别/分离系统,环境压力(gydF4y2BaPgydF4y2Ba/gydF4y2BaPgydF4y2Ba年代gydF4y2Ba大约1)是更有利的,而低压很难控制。对倪gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(bipy)gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(没有gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- m和倪gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(bipy)gydF4y2Ba3gydF4y2Ba(没有gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- e,他们接受了门突然打开,一个循序渐进的门向HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO分子在吸附过程中,因此,他们不能单独水isotopologues。HKUST-1,它代表了系统使用大毛孔和强有力的结合位点的分离水isotopologues(因此热力学分离)。然而,可以观察到在吸附曲线没有区别。因此,证明选择性吸附的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO / DgydF4y2Ba2gydF4y2Ba由阿gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba和gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba在298 K没有发现其他狭小孔隙吸附剂,包括沸石、活性炭等pcp /财政部。尽管一些化合物显示出轻微的差异对水的吸附行为isotopologues偏好,不与吸附行为的区别gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba和gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba。gydF4y2Ba
扩展数据图2 HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线FDC-1a和FDC-2a 298 K使用不同的曝光时间。gydF4y2Ba
一个gydF4y2BaHgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba。gydF4y2BabgydF4y2BaDgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba。gydF4y2BacgydF4y2BaHgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba。gydF4y2BadgydF4y2BaDgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba。我们测量了HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线与每个情节的曝光时间600年代,1800年代和4800年代,分别导致总测量时间为26.4,74.2,和221.5 h,分别。吸附量显著增加,长时间的曝光时间,这表明吸附物的扩散动力学thermoresponsive吸附行为的决定因素。gydF4y2Ba
扩展数据图3与温度有关的吸附曲线的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO。gydF4y2Ba
一个gydF4y2BaHgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba从278年到323 K。gydF4y2BabgydF4y2BaDgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba从278年到323 K。gydF4y2BacgydF4y2BaHgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba从278年到323 K。gydF4y2BadgydF4y2BaDgydF4y2Ba2gydF4y2BaO吸附曲线gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba从278年到323 K。摄取大量的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO在两位初级护理医师增加温度明显增加,表明diffusion-controlled吸附行为是由动力因素。另一方面,吸收大量的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO在两位初级护理医师大大高于DgydF4y2Ba2gydF4y2BaO在同一温度(如HgydF4y2Ba2gydF4y2Ba36.1毫升克阿gydF4y2Ba1gydF4y2Ba与维gydF4y2Ba2gydF4y2Ba25.9毫升克阿gydF4y2Ba1gydF4y2Ba在gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba在298 K和HgydF4y2Ba2gydF4y2Ba25.2毫升克阿gydF4y2Ba1gydF4y2Ba与维gydF4y2Ba2gydF4y2Ba15.4毫升克阿gydF4y2Ba1gydF4y2Ba在gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba在298 K),揭示H的扩散gydF4y2Ba2gydF4y2BaO D的速度比gydF4y2Ba2gydF4y2Bao .最后,否则相同条件下(同一温度和蒸汽),吸收大量的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2Ba在阿gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba大大高于在吗gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba的扩散速度,表明前者高于后者。gydF4y2Ba
扩展数据图4可变温度同步加速器PXRD FDC-1a在真空条件下。gydF4y2Ba
曲线从蓝色到红色表示从273年到373 K温度变化。占主导地位的山峰的范围扩大到清楚显示峰值位置与温度的微小变化。gydF4y2Ba
扩展数据图5扩散速度计算。gydF4y2Ba
扩散率(gydF4y2BakgydF4y2Ba)的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO和维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO在(一)gydF4y2BaFDC-1agydF4y2Ba和(b)gydF4y2BaFDC-2agydF4y2Ba。Calc.1代表了计算扩散率考虑,所有旋转与平移运动改变为吸附H振动模式gydF4y2Ba2gydF4y2BaO或维gydF4y2Ba2gydF4y2Bao . Calc.2代表了计算扩散率,考虑到一个旋转运动仍和其他旋转与平移运动的HgydF4y2Ba2gydF4y2BaO或维gydF4y2Ba2gydF4y2BaO在初始状态改为振动模式。gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
这个文件包括目录;补充材料和方法;补充图1 - 89;补充表1 - 6;标题1 - 4和补充晶体数据的引用(队)。gydF4y2Ba
晶体数据1gydF4y2Ba
晶体信息文件(CIF) as-synthesized卡式肺囊虫肺炎(FDC-1)。CCDC号码:2100317。gydF4y2Ba
晶体数据2gydF4y2Ba
晶体信息文件(CIF) as-synthesized卡式肺囊虫肺炎(FDC-2)。CCDC号码:2100318。gydF4y2Ba
晶体数据3gydF4y2Ba
晶体信息文件(CIF) water-adsorbed FDC-1a阶段(FDC-1a-water)。CCDC号码:2100319。gydF4y2Ba
晶体数据4gydF4y2Ba
晶体信息文件(CIF) water-adsorbed FDC-2a阶段(FDC-2a-water)。CCDC号码:2100320。gydF4y2Ba
权利和权限gydF4y2Ba
Springer性质或其许可方(例如一个社会或其他合作伙伴)拥有独占权下本文与作者出版协议(s)或其他情况下(年代);作者self-archiving接受这篇文章的手稿版本是完全由这样的出版协议的条款和适用法律。gydF4y2Ba
关于这篇文章gydF4y2Ba
引用这篇文章gydF4y2Ba
苏,Y。,Otake, Ki., Zheng, JJ.et al。gydF4y2Ba分离水isotopologues使用diffusion-regulatory多孔材料。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba611年gydF4y2Ba,289 - 294 (2022)。https://doi.org/10.1038/s41586 - 022 - 05310 - ygydF4y2Ba
收到了gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
接受gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
发表gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
发行日期gydF4y2Ba:gydF4y2Ba
DOIgydF4y2Ba:gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586 - 022 - 05310 - ygydF4y2Ba
评论gydF4y2Ba
通过提交评论你同意遵守我们的gydF4y2Ba条款gydF4y2Ba和gydF4y2Ba社区指导原则gydF4y2Ba。如果你发现一些滥用或不符合我们的条件或准则请国旗是不合适的。gydF4y2Ba
