Elucidation of Diffusivity of Hydrogen Isotopes in Flexible MOFs by Quasi‐Elastic Neutron Scattering

材料科学 同位素 化学物理 中子散射 同位素分离 中子 动能 热扩散率 扩散 化学工程 动力学同位素效应 热力学 原子物理学 化学 核物理学 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Minji Jung,Jae‐Woo Park,Raeesh Muhammad,Jin Yeong Kim,Veronika Grzimek,Margarita Russina,Hoi Ri Moon,J. T. Park,Hyunchul Oh
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (20) 被引量:35
标识
DOI:10.1002/adma.202007412
摘要

Abstract Kinetic‐quantum‐sieving‐assisted H 2 :D 2 separation in flexible porous materials is more effective than the currently used energy‐intensive cryogenic distillation and girdle‐sulfide processes for isotope separation. It is believed that material flexibility results in a pore‐breathing phenomenon under the influence of external stimuli, which helps in adjusting the pore size and gives rise to the optimum quantum‐sieving phenomenon at each stage of gas separation. However, only a few studies have investigated kinetic‐quantum‐sieving‐assisted isotope separation using flexible porous materials. In addition, no reports are available on the microscopic observation of isotopic molecular transportation during the separation process under dynamic transition. Here, the experimental observation of a significantly faster diffusion of deuterium than hydrogen in a flexible pore structure, even at high temperatures, through quasi‐elastic neutron scattering, is reported. Unlike rigid structures, the extracted diffusion dynamics of hydrogen isotopes within flexible frameworks show that the diffusion difference between the isotopes increases with an increase in temperature. Owing to this unique inverse trend, a new strategy is suggested for achieving higher operating temperatures for efficient isotope separation utilizing a flexible metal–organic framework system.
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