El hidrógeno, el elemento más ligero de todos, tiene una gran demanda debido a su prometedor papel como recurso sostenible en la transición energética. Un equipo de la Universidad de Leipzig y la Universidad Técnica de Dresde, en el marco del grupo de formación en investigación de los isótopos de hidrógeno 1,2,3H, ha logrado un avance importante en la obtención eficiente y económica de isótopos. Se trata de las tres formas en las que se encuentra el hidrógeno en la naturaleza: protio, deuterio o tritio. El equipo internacional de investigadores ha dado un gran paso hacia la realización de su sueño de separar isótopos de hidrógeno a temperatura ambiente y a bajo coste. Los resultados del equipo acaban de publicarse en la revista de referencia Chemical Science.
El protio, o hidrógeno-1, es la forma más común de hidrógeno. El deuterio, conocido como hidrógeno pesado, desempeña un papel cada vez más importante, por ejemplo, en el desarrollo de fármacos más estables y eficaces. Una mezcla de deuterio y tritio, hidrógeno “superpesado”, sirve como combustible para la fusión nuclear, una fuente de energía sostenible del futuro. Uno de los problemas sin resolver en la investigación del hidrógeno es cómo proporcionar estos isótopos en una forma altamente pura de una manera eficiente y rentable, ya que tienen propiedades físicas muy similares. Los procesos actuales de separación de isótopos no son muy eficientes y consumen enormes cantidades de energía.
“Desde hace casi 15 años se sabe que, en principio, se pueden purificar y separar isótopos de hidrógeno a partir de estructuras metalorgánicas porosas. Sin embargo, esto sólo ha sido posible a temperaturas muy bajas, alrededor de -200 grados Celsius, unas condiciones que resultan muy costosas de implementar a escala industrial”, explica el catedrático Knut Asmis, del Instituto Wilhelm Ostwald de Química Física y Teórica de la Universidad de Leipzig y portavoz del grupo de formación de investigadores. Añade que el mecanismo de separación se basa en la adsorción muy favorecida de uno de los isótopos presentes en uno de los centros metálicos libres del sólido poroso. La adsorción es un proceso por el que átomos, iones o moléculas de un gas o un líquido se adhieren a una superficie sólida, a menudo porosa.
Los investigadores de doctorado de la 1,2,3Elvira Dongmo, Shabnam Haque y Florian Kreuter, miembros de uno de los grupos de investigación dirigidos por el catedrático Thomas Heine (TU Dresden), el catedrático Knut Asmis y el catedrático Ralf Tonner-Zech (ambos de la Universidad de Leipzig), han logrado comprender mejor la influencia del entorno estructural en la selectividad de unión. Esto significa que se ha planteado la cuestión de por qué uno de los isótopos tiene más probabilidades de adherirse que el otro. Esto se ha descifrado en detalle en el presente estudio mediante una interacción sinérgica entre la espectroscopia de última generación, los cálculos químicos cuánticos y el análisis de la unión química en un sistema modelo. “Por primera vez, hemos podido demostrar la influencia de los átomos individuales de los compuestos estructurales en la adsorción. Ahora podemos optimizarlos de forma específica para obtener materiales con una alta selectividad a temperatura ambiente”, afirma Heine.
1,2,3El grupo de formación en investigación H, financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) con 5,4 millones de euros a lo largo de 4,5 años, ha estado formando a más de 20 investigadores de doctorado desde octubre de 2021. Combina la experiencia de la Universidad de Leipzig, la TU Dresden, el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf y el Instituto Leibniz de Ingeniería de Superficies para desarrollar nuevos materiales, medicamentos más efectivos y métodos de detección más sensibles mediante la agrupación de fondos para la investigación básica y la formación en el campo de los isótopos de hidrógeno. La segunda cohorte de entre 15 y 20 investigadores de doctorado comenzará su programa de doctorado estructurado de tres años el 1 de octubre de 2024.
Publicación en “Ciencia Química”:
“Evidencia directa de actividad mejorada por ligando de sitios Cu(I)”, DOI: 10.1039/D4SC04582C
