四碘化铜笼限域增强多重原子效应实现痕量氙氪气体的革命性捕获

来自国内的研究团队针对核废料处理中放射性惰性气体（Xe/Kr）捕获难题，提出"限域增强多重原子效应"设计理念，基于Lennard-Jones 12-6势能构建四碘化铜笼金属有机框架（Cu(idc-I)）。该材料创纪录地实现Xe(128.58 cm3 cm?3)和Kr(20.83 cm3 cm?3)在0.1 bar下的超高吸附容量，并通过原位单晶衍射(SCXRD)和周期性密度泛函理论(DFT)证实其机制，为核应急响应提供突破性解决方案。

　　

这项突破性研究揭示了如何通过精妙的分子笼设计驯服最顽固的惰性气体。科研团队受Lennard-Jones势能函数启发，在金属有机框架(MOF)中构建了前所未有的四碘化铜笼结构——这些由重碘原子构成的四面体囚笼像纳米级的"重力井"，通过限域效应将多重重原子相互作用强度提升至前所未有的水平。

实验数据显示，这种名为Cu(idc-I)的材料在0.1大气压条件下，对放射性氙(Xe)和氪(Kr)的吸附容量分别达到惊人的128.58和20.83立方厘米每立方厘米，其氪的亨利系数(10.19 mmol cm^?3 bar^?1)更是刷新所有已知记录。通过同步辐射光源下的原位单晶X射线衍射(SCXRD)，研究人员首次直接观测到气体分子被密集排列的碘原子笼精准捕获的微观过程，就像用X光拍下了"分子陷阱"的工作瞬间。

理论计算揭开了性能飞跃的奥秘：四面体碘笼的0.45纳米空腔尺寸与气体分子完美匹配，12个碘原子形成的协同作用场产生超强范德华力，相当于为每个惰性气体原子打造了量身定制的"重原子引力网"。这项研究不仅为核废料处理提供了革命性材料，更开创了"限域增强多重原子效应"这一全新设计范式，在核安全与公共健康领域具有重大应用前景。