发现可以通过改进的化学工程分子方法减少核废料

印第安纳大学研究人员的一项发现可能会推动核废料的长期储存，这对于保护人们免受这些有害化学物质污染的公共和私人机构来说，这是一项日益繁重且代价高昂的任务。

“通过提供一种新的，高度准确的方法来预测这些分子在溶液中的表现，这项工作代表了设计特殊设计的纳米结构的重要一步，”主要作者，IU布鲁明顿艺术学院教授Amar Flood说。和科学系化学系。

该研究报告发表在CHEM杂志的封面文章中。

洪水表示，该研究解决了这样一个事实：几乎不可能预测工程分子在现实世界中的表现效率。这是因为化学家目前只能将分子设计成孤立的，尽管分子与其他分子组合存在或“在溶液中”存在。例如，盐水是盐在水中的溶液。

他将这种情况与外太空机器的设计进行了比较，然后将其放置在海底。浸水设备的功能与原始设计不同。

这尤其严重，因为创造人造分子以满足特定功能需要极其精确的设计 - 比如建立一个锁以适应钥匙。例如，由Flood实验室开发的一种特殊分子，称为cyanostar，由碳和氮原子的五边形星形晶体组成，中心为空 - “锁定” - 其特定形状导致带负电的分子，如作为磷酸盐和硝酸盐 - “关键” - 捕获中心并与之前的主人脱离。如果解决方案填满或扭曲锁，则密钥可能不再起作用。

诸如cyanostar之类的结构也被称为“受体分子”，因为它们是专门设计用于接收特定分子的。除了减少核废料外，该技术还可用于去除水中的氯化物 - 这是将海水转化为淡水的过程的一部分 - 从土壤中消除多余的化学肥料，或收集用于可再生能源的锂离子。

根据论文中报道的方法，洪水说，化学家们可以开始设计新的分子反应，并考虑到最终目标。具体而言，新原理发现受体分子和带负电的离子分子之间的吸引力基于它们组合的溶剂的介电常数。介电常数是物质稳定电荷能力的量度。

为了测试他们的方法，IU团队将他们新开发的化学原理应用于三唑噻 - 一种旨在从周围分子中提取氯化物的分子 - 与反应中常用的化学溶剂相结合，以去除其他液体中不需要的离子。在每种情况下，Flood集团发现的原则准确地预测了分子的有效性。

负责该方法的主要研究人员是刘云，博士。洪水实验室的学生。

“目前的范例只适用于绘图板上的分子设计，理论上，”刘说。“但我们希望制造出能够在实践中发挥作用的分子，以帮助解决现实世界中的问题。”

该团队还指出，准确预测分子如何在溶液中起作用的能力将有助于开发高度精确的计算机模拟，以快速测试旨在实现特定效果的化学工程分子。