石墨烯从氢中筛出氘

由单层原子组成的材料，如石墨烯，氢和氘的分离能比其他任何方法都更有效吗．¹这是英国科学家的结论，他们相信这种新型筛子可以大幅降低用于核能发电和研究的氘的生产成本。

氘——氢的一种较重的同位素，除质子外还含有一个中子——广泛应用于核工业。它与氧气结合形成“重水”，用于裂变反应堆以减缓发射的中子。它也被用于原型聚变反应堆，其中氘离子与氚离子(氢与两个中子)和氦-3等离子融合。

氘以重水的形式存在于地球海洋中，含量非常少，但并不特别容易提取。重水的生产通常从能源密集型的Girdler硫化氢工艺开始，该工艺通常通过与硫化氢的循环反应将海水浓缩为20%左右的重水。核级重水的纯度至少为99%，因此需要进一步的处理步骤，包括同样是能源密集型的电解，或非常缓慢的蒸馏。

根据曼彻斯特大学的化学家和物理学家的说法，原子厚度的薄膜可以更快更有效地提取氘。2014年，研究人员证明了这一点，令理论学家大吃一惊氢核可以渗透石墨烯和结构相似的材料氮化硼，在小电压的帮助下。²现在他们又向前迈进了一步，表明二维薄片更倾向于通过常见的氢核，而不是氘核和氚核。

研究人员的测量结果表明，在重水与正常水混合时，石墨烯和氮化硼的同位素富集因子约为10。这与Girdler硫化物工艺形成了鲜明对比，后者的富集系数约为2到3，电解时高达10，蒸馏时略高于1。石墨烯和氮化硼筛子对氢的偏好被认为是由于氢具有更大的振动能量，这使得它可以“跳过”材料的能量障碍。

化学工程师卡尔•约翰逊美国宾夕法尼亚州匹兹堡大学的科学家称同位素浓缩的演示是一个“非常重要的成就”，但他认为如果他们反过来工作，也就是说，更喜欢氘而不是氢，筛子会更有用。他说，这样一来，你只需要一点电能就能将相对少量的氘穿过筛子，而不是用大量的能量来运输大量的氢。

即便如此,Irina杰曼彻斯特小组的成员之一，他说，石墨烯或氮化硼同位素分离的能源成本应该比大多数其他方法至少低10倍。此外，她认为，通过化学气相沉积制成的大型筛网很快就能用于工业，“只要它们能被纳入现有的工业基础设施，这应该是一个相对简单的工程任务”。