"章鱼"分子 - 棘手的核废料迎来新的潜在解决方案

随着全球对化石燃料消耗所造成的环境和地缘政治影响的认识不断加深，核能再次成为备受关注的话题。核能能够在不排放相关温室气体的情况下大规模发电，为清洁、可持续能源带来了广阔的前景。这可以为社会从化石燃料过渡到净零排放的未来铺平道路。

然而，核能的生产会产生放射性废料。确保核废料的安全处理和处置是一个需要解决的关键问题，只有解决了这个问题，公众才能完全信任并接受这种可能改变游戏规则的能源解决方案。

现在，休斯顿大学的一个研究小组提出了一种创新的核废料管理解决方案：基于环四苯甲酰肼的分子晶体。这些晶体基于该团队 2015 年的一项突破性发现，能够在水溶液和有机溶液中以及两者之间的界面上捕获碘--最常见的放射性裂变产物之一。

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晶体非常微小，看起来就像粉末一样，在捕获碘之后，晶体的颜色从焦黄色变成了深紫色。资料来源：休斯顿大学

"最后一点尤为重要，因为在界面上捕捉碘可以防止碘到达并破坏核反应堆和废物容器中使用的专用涂料，"化学教授、《细胞报告-物理科学》（Cell Reports Physical Science）杂志上详细介绍这一突破的论文通讯作者奥格尼恩-米尔亚尼奇（Ognjen Miljanic）说。

这些晶体表现出惊人的碘吸收能力，可与多孔金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）相媲美。

这项研究的第一作者亚历山德拉-罗伯斯（Alexandra Robles）是一名前博士生，她的毕业论文就是以这项研究为基础撰写的。罗伯斯对寻找核废料解决方案的兴趣促使她研究如何利用晶体捕捉碘。

米尔亚尼奇说："她最终在有机层和水层之间的界面上捕获了碘，而这是一种未被充分研究的现象。"他补充说，"这一特殊特征提供了一个至关重要的优势。当这种材料沉积在有机层和水层之间时，它基本上阻止了碘从一层转移到另一层"。

晶体分子结构示意图。资料来源：休斯顿大学

这种工艺不仅可以保持反应堆涂层的完整性并提高密封性，而且捕获的碘还可以从一个区域转移到另一个区域。"米尔亚尼奇说："我们的想法是，在难以管理的地方捕获碘，然后在易于管理的地方释放碘。这种捕捉和释放技术的另一个好处是，晶体可以重复使用。如果污染物只是粘反应装置在上，整个设备就得扔掉。这会增加浪费和经济损失"。

当然，所有这些巨大的潜力还需要在实际应用中进行检验，这让米尔扬尼克开始考虑下一步的工作。

米尔扬尼奇的团队利用市面上的化学品制造出了这些只含有碳、氢和氧原子的微小有机分子。每块晶体都是一个环形结构，上面有八块线性碎片，因此研究小组给它起了个绰号叫"章鱼"。

米尔亚尼奇说："它们非常容易制造，可以用相对廉价的材料大规模生产，不需要任何特殊的保护。"

休斯顿大学化学教授 Ognjen Miljanic 领导的研究团队正在研究这些晶体。图片来源：休斯顿大学

他估计，目前在学术实验室中生产这些晶体的成本约为每克 1 美元。在工业环境中，米尔亚尼奇相信成本会大幅下降。

这些"饥饿"的小晶体用途非常广泛，可以捕获的不仅仅是碘。米尔亚尼奇和他的团队已经利用其中的一些晶体来捕捉二氧化碳，这将是向更清洁、更可持续的世界迈出的又一大步。此外，"章鱼"分子与用于制造锂离子电池的材料中的分子密切相关，这为其他能源机会打开了大门。

米尔亚尼奇说："这是一种简单的分子，可以做各种不同的事情，这取决于我们如何将它与任何给定系统的其他部分整合在一起。因此，我们也在追求所有这些应用。"

他对晶体带来的巨大潜力感到兴奋，并期待着探索实际应用。他的下一个目标是找到一个合作伙伴，帮助科学家探索不同的商业方面。在此之前，研究人员正计划进一步探索晶体结构的动力学和行为，使其更加完善。