"笼状分子筛（CHA/MER）的动力学选择性调控机制及其在氢同位素分离中的应用研究"

这篇综述深入探讨了笼状分子筛（CHA/MER）的动力学选择性机制，通过调控框架结构及阳离子（K+/Rb+/Cs+）实现氢同位素（H2/D2）高效分离。研究揭示了D2因更高极化率（2.4倍于H2）和更低阳离子位移能，在77K低温下展现双倍吸附量及更慢扩散动力学，为核能及清洁能源领域提供新型分离策略。

　　

结构与元素组成分析

通过X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实，菱沸石（CHA）和镁碱沸石（MER）框架由SiO₄/AlO₄四面体构成，其8元环（8MR）窗口尺寸受4元环（4MR）和6元环（6MR）排列调控。XPS显示MER框架的阳离子交换效率更高（Cs⁺占比9.20% vs CHA的6.03%），FTIR特征峰位移证实重金属阳离子（如Cs⁺）会降低振动能垒，影响窗口开合能垒。

临界温度与吸附性能

等压吸附实验发现，H₂扩散需克服阳离子阻塞能垒，临界温度（T_c）随阳离子半径增大而升高（K⁺<>⁺<>⁺），CsCHA达343K。77K低温吸附显示D₂在CsMER中的吸附量比H₂高89.4%，归因于D₂更高的极化率可更有效触发"分子活板门"机制。

扩散动力学差异

线性驱动力模型（LDF）分析表明，D₂在<100mbar低压区的平衡时间比H₂延长30%，质量传递系数（k）降低0.2s^-1，证实D₂能通过更多被阳离子限制的扩散路径。KMER框架在10mbar压力下展现最大动力学差异（k_H2/k_D2=2.1），而CsCHA在900mbar时D₂/H₂吸附比达1.9，兼具高选择性与实用吸附量。

应用前景与局限性

该研究为氢同位素分离提供了低温（77K）解决方案，相比金属有机框架（MOF）的30K超低温需求更具工业可行性。但中子衍射未能直接观测阳离子位移，未来需通过混合气体穿透实验验证实际分离效率。菱沸石（CHA）因更高比表面积（320m²/g）和热稳定性（>600°C），在核燃料提纯领域展现出比镁碱沸石（MER）更优的应用潜力。