DOI：10
1002 / SMLL
202103661在过去几年中，科学家们证明了笼状的，多孔结构是如何由硅和氧气制成的，并且仅测量大小的米的亿米可以像氩气，氪和氙这样的高贵的气体
然而，对于这些二氧化硅纳米病实际上是有用的 - 例如ROVE核能生产的效率 - 他们需要从他们的实验室版本缩减科学家们现在已经向前一步，使这项技术脱离了实验室并进入了现实世界
[最近报道的小型，商业上可获得的材料可以提供用于捕获高贵气体的潜在可伸缩的平台
“制作一个平方米的我们的实验室级纳米病，这可以仅捕获纳米级气体，使我们带走夫妇周，需要昂贵的起始康科网页和设备，“联合对应作者Anibal Boscoboinik，界面科学和催化组中的界面科学家在功能纳米材料中心（CFN），A U
Brookhaven国家实验室的能源（DOE）科学用户设施办公室
“”有商业过程合成这些二氧化硅纳米病的吨，它们如如此便宜的，它们用作混凝土中的添加剂
然而，这些商业材料不陷入高贵的气体，因此对我们的技术进行挑战是理解我们的纳米病人的特殊
“自2014年以来一直领导CFN的纳米记录研究。遵循Serendipity的行为
他和同事们刚刚完成了沉积在钌金属的单晶顶部的二氧化硅纳米物的催化试验，当它们注意到氩气的单个原子被捕获在结构的纳米孔隙内
用这种意外发现，它们成为第一个组为了在室温下捕获二维（2D）多孔结构内的惰性气体
2019年
，它们在笼子里捕获了另外两个贵巴的气体：Krypton和Xenon
在第二研究中，他们了解到，为了陷阱工作，需要发生两种过程：在进入笼子之前必须将气体原子转化为离子（带电原子），并且笼不必与金属载体接触以中和离子以中和离子一旦内在笼内 - 有效地捕获它们在适当的
通过这种理解，在2020年，Boscoboinik和他的团队提出了专利申请，现在已经申请了同年，通过其技术商业化基金（TCF），DOE技术办公室转型选择了CFN提交的研究提案，与Brookhaven核科学和技术部门合作，并伪造了纳米，以扩大实验室开发的纳米病
该扩展的目标是最大化表面积诱捕氪和氙气，铀核裂变的核裂变
捕获它们是为了提高核反应堆的效率，防止由于气体压力增加，减少放射性核废料，并检测核武器试验
一开始与TCF努力平行，CFN团队独立地开始探讨他们如何为实际应用，核及超越
在探索期间，核和超越，CFN团队发现该公司粉末
的形式的大量二氧化硅纳米物质代替将纳米腔在钌的单晶上沉积，该团队将它们沉积在钌的薄膜上，其较低昂贵
与基于实验室的纳米病不同，这些纳米物质具有有机（含碳）组分
因此，在沉积薄膜上沉积笼后，将材料加热到氧化环境中以燃烧这些部件
然而，笼子不会捕获任何气体
“我们发现金属必须处于金属状态，”首次作者尹鑫徐材料科学与化学工程部门的研究生，在石石溪大学
“燃烧有机时组分，我们部分氧化钌
我们需要在氢气中再次加热材料或另一种还原环境，使金属回到其金属状态
然后，金属可以充当电子源头中和笼内的气体
“下一步，CFN科学家及其来自Stony Brook大学的合作者ITY测试了新材料是否仍然捕获气体
，以原位和Operando软X射线光谱（IOS）在环境压力X射线光电子谱（AP-XPS）上进行了。国家同步射箭光源II（NSLS-II）的梁线，Brookhaven Lab
在AP-XPS中的另一个DOE Office的科学用户设施办公室，X射线激发样品，使电子从表面发出检测器记录发射电子的数量和动能
通过绘制这些信息，科学家可以推断样品的化学成分和化学键合状态
在本研究中， X射线对于测量不仅重要，而且在电离气体 - 这里，氙
它们开始了实验aT室温并逐渐增加温度，发现捕获的最佳范围（350至530华氏度）
在此范围之外，效率开始减少
在890华氏度，被困的氙完全释放
Boscoboinik将这种复杂的温度依赖过程中的电梯门打开和关闭“”想象一下门打开并缩短得非常快，“Boscoboinik
“你需要在进入
就像电梯时，你需要跑得很快，纳米病有一个打开和关闭的孔”嘴“
笼子开放和关闭需求的速度要成为加热气体离子正在移动的速率的良好匹配，以最大化离子进入笼子的机会■逐渐中和
“在这些实验之后，来自阿根廷和宾夕法尼亚大学的Nacional de San Luis的科学家验证了这个电梯门假设
应用Monte Carlo方法 - 数学技术估算可能的结果不确定的事件 - 它们在不同气体温度下建模了离子的最可能速度
能源创新催化剂的另一个合作者计算出氙气所需的能量，从而退出笼子
“这些研究向我们提供了关于该过程的机制方面的信息，特别是在热效应上，“CO-Matternow De Mello
Colecingnow，科学的连续步骤ists将使材料具有高表面积（几百平方米），并看出它们是否随意继续运行它们还将研究更实用的电离气体方法
团队正在考虑其技术的几个潜在应用
例如，纳米病毒可以能够以更节能的方式从空气中捕获像氙和氪一样的高贵的气体
这些使用能量 - 密集的方法与空气分离，其中空气必须冷却至极低的温度
氙和氪配合用于制造许多产品，例如照明氙的主要用途是高强度放电灯，包括一些明亮的白色汽车车灯S
同样，Krypton用于机场跑道灯和高速摄影的照相闪光
鉴于以前的理论计算，该团队认为他们的过程也应该能够捕获放射性高贵的气体，包括氡
常见于地下室和较低水平的建筑物，氡可以损害肺细胞，可能导致癌症这种捕获放射性高贵气体的能力与若干应用有关，例如减轻释放的放射性气体，监测核不扩散，并产生医学相关的同位素
CFN团队正在与Brookhaven
的医疗同位素研究和生产计划合作探索医疗应用NCE，基本研究通常不会立即导致有用的产品，“Boscoboinik
”我们试图通过增加一步一步的复杂程度来迅速地对这些材料进行影响。
“
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