意外發現！淨水研究竟破解核融合能源難題
科學家們在進行水質淨化研究時，意外發現了一種無汞分離鋰-6的新方法。這項突破性發現，為核融合燃料的生產帶來了革命性的進展。研究團隊利用一種名為「zeta-釩氧化物」的材料，成功選擇性地捕捉鋰-6離子，避免了傳統有毒的COLEX製程。這項研究成果已於3月20日發表在《Chem》期刊上，為清潔能源的未來發展提供了新的可能性。
鋰-6是核融合燃料的關鍵成分，但從更常見的鋰-7中分離出來，通常需要使用液態汞，這是一種高度有毒的物質。新開發的無汞方法，不僅能有效分離鋰-6，還解決了環境和健康問題。ETH Zürich和德州農工大學的化學家Sarbajit Banerjee表示：「這是解決核能源重大障礙的一步。鋰-6是核能源復興的關鍵材料，這項方法可能成為同位素分離的可行途徑。」
有趣的是，這項新方法是在研究過濾膜淨化油氣鑽探產生的廢水時意外發現的。研究人員注意到，這些膜意外地捕捉了大量的鋰，進而引發了進一步的研究。Banerjee解釋道：「我們發現，即使在水中鹽分遠多於鋰的情況下，我們也能選擇性地提取鋰。這讓我們開始思考，這種材料是否也能對鋰-6同位素具有選擇性。」
研究團隊發現，zeta-釩氧化物（ζ-V2O5）具有獨特的鋰結合特性。這種實驗室合成的無機化合物，包含一維的隧道結構，能夠選擇性地捕捉鋰-6離子。Banerjee補充道：「zeta-V2O5具有一些令人驚嘆的特性——它是一種出色的電池材料，現在我們發現它還能非常選擇性地捕捉鋰，甚至具有同位素選擇性。」
為了測試這種材料是否能分離鋰-6和鋰-7，團隊設定了一個電化學電池，並使用zeta-V2O5作為陰極。當他們在施加電壓的情況下，將含有鋰離子的水溶液泵入電池時，帶正電的鋰離子被吸引到帶負電的zeta-V2O5基質中，並進入其隧道。由於鋰-6和鋰-7離子的運動方式不同，zeta-V2O5隧道優先捕捉鋰-6離子，而更具流動性的鋰-7離子則逃脫捕捉。
研究結果顯示，單次電化學迴圈可使鋰-6的濃度增加5.7%。要獲得核融合級別的鋰（至少需要30%的鋰-6），則需要重複25次該過程，而約45次連續迴圈則可獲得90%的鋰-6。研究團隊表示，這種方法不僅與COLEX製程相當，還避免了使用汞的風險。
目前，研究團隊正致力於將這項方法擴充套件到工業規模。Banerjee表示：「我們希望獲得一些支援，將這項技術轉化為實際可行的解決方案。」這項研究得到了美國國家科學基金會、德州農工大學等多個機構的支援，為核融合能源的未來發展提供了新的希望。
