近日，化工领域公认的传统国际顶尖期刊《AIChE Journal》（美国化学工程师协会会刊）发表了题为“High dynamic separation performance of metal-organic frameworks for D2/H2: Independent or competitive adsorption?”的研究论文。集团吴玉芳博士后、乔智威教授以及北京化工大学阳庆元教授为该论文通讯作者，集团硕士研究生李钰为第一作者，大阳城集团娱乐网站为第一通讯作者单位。
在可持续能源发展计划中，受控聚变被视为理想的能源解决方案之一，国际热核实验反应堆和中国聚变工程试验堆计划也正在研究这项技术。其中，氢同位素分离是其中极为关键的一环。但由于氢同位素（D2和H2）的尺寸、形状和热力学性质均十分相似，实现其高效分离仍是巨大的挑战。传统的D2/H2分离工艺，如低温精馏、热扩散，大多为能量密集型的宏观过程，分离效率较低。金属有机骨架（MOF），因具有良好的化学和结构特征，在气体分离领域展现出巨大潜能，也为D2/H2的分离提供了一条可行的途径。
该工作利用机器学习辅助的高通量计算，筛选了对D2/H2具有优异动态吸附分离性能的MOFs。通过大数据挖掘，对筛选出的最优MOFs的吸附机理进行了探究，发现存在独立占位和竞争吸附两种吸附行为，其中独立占位现象更为突出。随后，提出了重叠度（OD）和独立度（ID）两个概念对这两种吸附行为进行量化，并制作了一款可快速计算材料OD和ID值以判断其吸附行为的软件（访问链接：https://github.com/LyuCindy/InDePendenceDegree_OverlapDegree_Software.git）。此外，通过python语言自开发了可批量计算多元气体混合物穿透曲线的程序包（访问链接：https://github.com/e123st/Breakthrough_Time_identification-master/），并模拟了2000个性能较优MOFs对D2/H2的穿透曲线。以穿透时间之差（ΔT）作为指标来衡量MOFs的动态分离性能，发现在LCD为近两倍于D2动力学直径时出现的“第二峰”与具有独立占位现象的Type Ⅱ孔道（两侧具有窄孔的圆柱孔道）的存在，更有利于MOFs实现良好的D2/H2动态分离性能。该研究成果为设计具有高氢同位素分离性能的MOFs提供了新的思路和有利的工具。
该研究工作获得了国家自然科学基金、广东省青年拔尖人才计划、广东省自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/aic.18283
