Confinamiento de las moléculas de yodo en cadenas de triple hélice dentro de marcos robustos de metal orgánico

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química nuclear
• Materiales porosos

Sus antecedentes:

• La liberación de yodo radiactivo (I2) durante la eliminación de residuos nucleares plantea riesgos para el medio ambiente.
• Los materiales eficientes de captura de yodo son esenciales para la energía nuclear sostenible, ya que requieren una alta capacidad, estabilidad y densidad de almacenamiento.
• Minimizar el volumen del sistema a través de una alta densidad de almacenamiento es fundamental para las aplicaciones prácticas.

Objetivo del estudio:

• Informar sobre el desarrollo de materiales orgánicos metálicos porosos robustos (MFM-300) para la adsorción de alto contenido de yodo (I2).
• Investigar la capacidad de adsorción, la estabilidad y la densidad de almacenamiento de MFM-300 para el yodo.
• Para dilucidar las interacciones de unión a nivel molecular y el comportamiento de agregación del yodo dentro del material.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de una serie de materiales MFM-300 (M = Al, Sc, Fe, In).
• Análisis exhaustivo de la adsorción de I2 utilizando XPS, TGA-MS, difracción de rayos X sincrotrón, análisis PDF, Raman, terahertz y espectroscopia de neutrones.
• Modelado de la teoría funcional de la densidad (DFT) para comprender las interacciones anfitrión-I2 e I2-I2.

Principales resultados:

• MFM-300 ((Sc) exhibió una absorción de I2 totalmente reversible de 1,54 g g-1 con la integridad estructural mantenida.
• Conocimiento detallado a nivel molecular de los sitios de unión de I2 (I2^I cerca de los grupos hidroxilo, I2^II intersticial) y dinámica.
• Observación de la autoagregación de I2 en cadenas de triple hélice a alta carga, logrando una densidad de almacenamiento excepcional de 3,08 g cm-3.

Conclusiones:

• MFM-300 ((Sc) es un material altamente eficaz para la captura de yodo radiactivo, que ofrece una alta capacidad y absorción reversible.
• El estudio proporciona una visión cristalográfica sin precedentes de la agregación de yodo dentro de los materiales porosos.
• La excepcional densidad de almacenamiento de MFM-300 ((Sc) lo convierte en un candidato prometedor para minimizar los volúmenes de almacenamiento de residuos nucleares.