科技日報記者 頡滿斌 通訊員 余若怡
記者12月18日從蘭州大學獲悉，稀有同位素前沿科學中心的陳熙萌、李湛團隊在二維限域調控與核能循環分離體系領域取得了一系列原創性突破。圍繞“在二維限域環境中實現能量調控與結構穩健性”這一核心科學問題，團隊構建了從氫同位素到放射性離子的統一二維限域調控體系。相關成果相繼發表于《物理評論X輯—能源》與《化學科學》上。
聚變能是清潔、高能量密度的未來能源，但其燃料氘、氚的高效分離與循環利用一直是技術瓶頸。同時，核裂變產生的高放射性廢液中含有鈾、镅等高附加值核素，分離難度極大。在復雜極端環境下實現同位素和離子的精準分離，是核科學與技術領域的關鍵科學難題。
研究團隊首次利用液態金屬鎵與氧化石墨烯復合，實現了二維納米通道的可逆動態調控。通過光熱響應，通道寬度可在約6.8至8.7埃米之間可逆變化，從而顯著放大輕重水分子在擴散動力學上的差異。基于該機制制備的復合膜在氚水分離中表現出高選擇性，無需化學添加劑一級過濾即可實現約20%的氚去除率，為聚變燃料的低能耗循環提供了新方案。
此外，團隊進一步提出“限域氧橋聯”策略，制備出結構強化的二維金屬有機框架膜。該膜在強酸、高輻照的極端條件下仍保持穩定，成功實現了鈾、镅等錒系離子與稀土離子的高精度篩分，分離因子超過500，水通量較傳統膜提升16.7倍，展現出優異的工程應用潛力。
“這兩項工作共同構成了‘能量驅動—結構穩固—多場協同’的二維分離科學框架，實現了從氫同位素到放射性離子的跨體系統一，為核能循環與清潔利用提供了基礎科學支撐?！碧m州大學核科學與技術學院教授李湛表示。
目前，基于該技術孵化的“常溫水同位素膜分離系統”已在中央企業熠星創新創意大賽中榮獲三等獎。團隊進一步開發出小型化低氘水生產設備，可穩定生產低氘水產品，初步實現了從實驗室到工程樣機的轉化，展現出良好的產業化前景。
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