室温で水素ガスと重水素ガスを簡単に分離~冷却不要の省エネルギーな重水素ガス製造技術の実現に期待~

2025-03-03 東北大学

東北大学大学院理学研究科の研究グループは、マンガン(Mn)錯体を用いて、室温で水素ガス(H₂)と重水素ガス(D₂)を効率的に分離する技術を開発しました。従来、D₂ガスの製造は-250℃での液体水素の蒸留が必要で、大量のエネルギーを消費していました。今回の研究では、Kubas相互作用を利用し、室温での可逆的な水素吸脱着を実現。H₂とD₂の吸着エネルギー差を約2 kJ/molとし、既存物質の約2倍の差を達成しました。この成果により、冷却を必要としない省エネルギーなD₂ガス製造技術の実現が期待されます。

<関連情報>

不飽和有機金属錯体を用いた超高温での水素同位体分離 Hydrogen isotope separation at exceptionally high temperature using an unsaturated organometallic complex

Taku Kitayama,Tamon Yamauchi,Kaiji Uchida,Shunya Tanaka,Ryojun Toyoda,Hiroaki Iguchi,Ryota Sakamoto,Hao Xue,Naoki Kishimoto,Takefumi Yoshida,Tomoya Uruga,Shin-ichiro Noro and Shinya Takaishi
Dalton Transactions  Published:23 Dec 2024
DOI:https://doi.org/10.1039/D4DT03018D

室温で水素ガスと重水素ガスを簡単に分離~冷却不要の省エネルギーな重水素ガス製造技術の実現に期待~

Abstract

A new approach for hydrogen isotope separation using an unsaturated organometallic complex was proposed. Adsorption measurements of [Mn(dppe)2(CO)(N2)](BArF24) (Mn-dppe) (dppe = 1,2-bis(diphenylphosphino)ethane, BArF24 = B[C6H3(3,5-CF3)2]4) using H2 and D2 revealed a significant difference in the adsorption enthalpy of H2/D2 at much higher room temperatures than in previous studies, with D2 molecules being more strongly adsorbed on unsaturated metal sites. Mixed gas adsorption isotherms were calculated at each temperature using IAST, and it was predicted that D2 uptake was much larger than H2 uptake. Column chromatographic separation using the difference in adsorption enthalpy indicated that deuterium could be concentrated, and DFT calculations suggest that this difference in adsorption force is due to the difference in vibrational potentials involved in metal–dihydrogen bonding. This study introduces a new separation approach that could enable hydrogen isotope separation in the ambient temperature range.

0500化学一般
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