分子結晶の力を解き放つ: 核廃棄物の解決策(Unlocking the Power of Molecular Crystals: A Possible Solution to Nuclear Waste)

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2023-07-19 ヒューストン大学(UH)

◆ヒューストン大学の研究チームは、分子結晶を使用して原子力廃棄物を効果的に管理する革新的な解決策を見つけました。これらの結晶は、ヨウ素という放射性核分裂生成物を水溶液と有機溶液、およびその界面で捕捉する能力を持ちます。特に、有機と水層の間でヨウ素を捕捉することで、原子炉のペイントコーティングや廃棄物保管容器の損傷を防ぐことができます。これらの結晶は驚異的なヨウ素吸収能力を持ち、以前のヨウ素捕捉材料を上回る性能を示しています。
◆この新しい技術により、原子力発電の安全な廃棄物管理が可能になり、クリーンエネルギーの将来への移行がより持続可能になる可能性があります。さらに、これらの結晶は再利用可能で、廃棄物の削減にも寄与します。研究チームは、今後の実用化に向けて結晶構造の動力学と振る舞いをさらに研究していく予定です。

<関連情報>

溶液中および界面において高いヨウ素捕捉能を有するシクロベンジルヒドラゾン類 Cyclobenzil hydrazones with high iodine capture capacities in solutions and on interfaces

Alexandra Robles,Maymounah Alrayyani,Xiqu Wang,Ognjen Š. Miljanić
Cell Reports Physical Science  Published:July 18, 2023
DOI:https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101509

分子結晶の力を解き放つ: 核廃棄物の解決策(Unlocking the Power of Molecular Crystals: A Possible Solution to Nuclear Waste)

Highlights

•Five cyclotetrabenzil octahydrazones are prepared in high yield
•Their crystal packing is mediated by hydrogen bonding and aromatic stacking
•Pyridine-based system shows very high iodine uptake for a non-polymeric material

Summary

Porous molecular crystals (PMCs) are solution-processable materials with promising applications in thin films and devices. However, some PMCs are only virtually porous, as their pores collapse when desolvated. We demonstrate the productive use of virtual porosity when non-volatile I2 guest acts as the probe. We prepared a series of cyclotetrabenzil hydrazones with progressively larger cavities. Their measured surface areas of up to 131 m2 g−1 are negligible compared with the values predicted from crystal structures. Nevertheless, they effectively capture I2 from aqueous and organic media and at the organic-aqueous interface, with capture capacities scaling with virtual void volumes. The pyridine-functionalized system is a notable outlier, engaging up to 21 I2 molecules and showing capture capacity of 4.15 g g−1, unprecedented among non-polymeric materials. These findings could impact the management of radioactive I2 and help in ensuring the integrity of protective coatings of nuclear reactors and waste containment vessels.

2003核燃料サイクルの技術
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