Химики из Японии и Китая синтезировали два координационных полимера, способных селективно сорбировать обычную воду в присутствии тяжелой воды. Такую способность полимеров химики объяснили динамическим поведением его пор, но точную причину селективности выяснить не удалось.

Исследование опубликовано в Nature.

Молекулы воды могут состоять из разных изотопов водорода и кислорода, при этом самые распространенные из них – протий ¹H и кислород ¹⁶O – составляют более 99 процентов молекул воды на Земле. Но химики умеют выделять некоторые изотопологи воды из смеси. В частности, тяжелая вода ²H₂¹⁶O (для простоты эти молекулы чаще обозначают просто D₂O) — продукт массового химического производства. В ее молекулах место самого легкого изотопа водорода протия занимает дейтерий. Тяжелую воду используют, например, для введения изотопных меток и в качестве теплоносителя в ядерных реакторах.

Физические свойства тяжелой воды D₂O практически не отличаются от свойств легкой воды ¹H₂¹⁶O. Так, их температуры кипения отличаются на 1,4 градуса, а температуры плавления — на 3,8. Такое сходство свойств делает процесс разделения воды на изотопологи энергозатратным и неудобным. Еще сильнее этот процесс осложняет обмен изотопами водорода между молекулами воды. Из-за него смесь легкой и тяжелой воды обычно содержит какое-то количество изотополога HDO с двумя разными изотопами водорода в одной молекуле.

В промышленности D₂O от природной воды отделяют помощью изотопного обмена с сероводородом (сульфидный процесс Гирдлера). Обмен происходит за счет того, что константа равновесия реакции обмена дейтерием между тяжелым сероводородом и легкой водой больше единицы, и образование тяжелый воды выгодно термодинамически. Но на выходе сульфидный процесс Гирдлера не дает полностью обогащенную воду, и ее нужно дополнительно перегонять.

Химики под руководством Сусуму Китагавы (Susumu Kitagawa) из Киотского университета решили найти более простой способ отделять тяжелую воды от легкой воды.