隨著全球對化石燃料消耗所造成的環境和地緣政治影響的認識不斷加深，核能再次成為備受關注的話題。核能能夠在不排放相關溫室氣體的情況下大規模發電，為清潔、可持續能源帶來了廣闊的前景。這可以為社會從化石燃料過渡到淨零排放的未來鋪平道路。

然而，核能的生產會產生放射性廢料。確保核廢料的安全處理和處置是一個需要解決的關鍵問題，只有解決了這個問題，公眾才能完全信任並接受這種可能改變遊戲規則的能源解決方案。

現在，休斯頓大學的一個研究小組提出了一種創新的核廢料管理解決方案：基於環四苯甲酰肼的分子晶體。這些晶體基於該團隊2015 年的一項突破性發現，能夠在水溶液和有機溶液中以及兩者之間的界面上捕獲碘–最常見的放射性裂變產物之一。

晶體非常微小，看起來就像粉末一樣，在捕獲碘之後，晶體的顏色從焦黃色變成了深紫色。資料來源：休斯頓大學

“最後一點尤為重要，因為在界面上捕捉碘可以防止碘到達並破壞核反應堆和廢物容器中使用的專用塗料，”化學教授、《細胞報告-物理科學》（Cell Reports Physical Science）雜誌上詳細介紹這一突破的論文通訊作者奧格尼恩-米爾亞尼奇（Ognjen Miljanic）說。

這些晶體表現出驚人的碘吸收能力，可與多孔金屬有機框架（MOFs）和共價有機框架（COFs）相媲美。

這項研究的第一作者亞歷山德拉-羅伯斯（Alexandra Robles）是一名前博士生，她的畢業論文就是以這項研究為基礎撰寫的。羅伯斯對尋找核廢料解決方案的興趣促使她研究如何利用晶體捕捉碘。

米爾亞尼奇說：”她最終在有機層和水層之間的界面上捕獲了碘，而這是一種未被充分研究的現象。”他補充說，”這一特殊特徵提供了一個至關重要的優勢。當這種材料沉積在有機層和水層之間時，它基本上阻止了碘從一層轉移到另一層”。

晶體分子結構示意圖。資料來源：休斯頓大學

這種工藝不僅可以保持反應堆塗層的完整性並提高密封性，而且捕獲的碘還可以從一個區域轉移到另一個區域。”米爾亞尼奇說：”我們的想法是，在難以管理的地方捕獲碘，然後在易於管理的地方釋放碘。這種捕捉和釋放技術的另一個好處是，晶體可以重複使用。如果污染物只是粘反應裝置在上，整個設備就得扔掉。這會增加浪費和經濟損失”。

當然，所有這些巨大的潛力還需要在實際應用中進行檢驗，這讓米爾揚尼克開始考慮下一步的工作。

米爾揚尼奇的團隊利用市面上的化學品製造出了這些只含有碳、氫和氧原子的微小有機分子。每塊晶體都是一個環形結構，上面有八塊線性碎片，因此研究小組給它起了個綽號叫”章魚”。

米爾亞尼奇說：”它們非常容易製造，可以用相對廉價的材料大規模生產，不需要任何特殊的保護。”

休斯頓大學化學教授Ognjen Miljanic 領導的研究團隊正在研究這些晶體。圖片來源：休斯頓大學

他估計，目前在學術實驗室中生產這些晶體的成本約為每克1 美元。在工業環境中，米爾亞尼奇相信成本會大幅下降。

這些”飢餓”的小晶體用途非常廣泛，可以捕獲的不僅僅是碘。米爾亞尼奇和他的團隊已經利用其中的一些晶體來捕捉二氧化碳，這將是向更清潔、更可持續的世界邁出的又一大步。此外，”章魚”分子與用於製造鋰離子電池的材料中的分子密切相關，這為其他能源機會打開了大門。

米爾亞尼奇說：”這是一種簡單的分子，可以做各種不同的事情，這取決於我們如何將它與任何給定係統的其他部分整合在一起。因此，我們也在追求所有這些應用。”

他對晶體帶來的巨大潛力感到興奮，並期待著探索實際應用。他的下一個目標是找到一個合作夥伴，幫助科學家探索不同的商業方面。在此之前，研究人員正計劃進一步探索晶體結構的動力學和行為，使其更加完善。