同位素是指具有相同原子序數但質量數（或中子數）不同的核素。同位素的分離技術在核燃料循環、核廢料處理等方面具有重要應用，然而由于同位素之間的分子內結構和分子間相互作用具有極大的相似性，因此分離同位素非常困難。氘（D）作為氫（H）的重要穩定同位素，也稱為“重氫”，高純氘在武器制造、工業生產與科學研究中具有不可替代的作用，可廣泛應用于非放射性同位素跟蹤、中子散射和核聚變等，是國防科技和核能工業的重要戰略物資。目前，工業上的D₂/H₂分離技術面臨能耗過高和分離步驟繁復等諸多挑戰。例如，在工業應用中采用鈀膜進行分離時需要在高溫（400 ℃）條件下進行多次分離操作，消耗大量能源，同時其單次分離效率極低（分離系數為1.3）。此外，單熱NH₃/H₂交換法等其他分離方法不僅能量消耗大，還會伴隨著有毒和腐蝕性物質對環境造成污染等問題。目前全球最新研究主要集中于利用具有量子篩分效應的納米孔材料進行D₂/H₂的分離，然而，該方法需要在超低溫度（零下243 ℃）下進行，也會耗費大量能源。因此，在溫和環境條件下實現D₂/H₂的高效分離仍然是一個巨大挑戰。

為解決上述問題，合作團隊通過Pd²⁺與晶態多孔有機框架（CPOF-1）孔道內羥基和希夫堿的相互作用，成功在CPOF-1孔道內制備了超小的Pd納米顆粒（~1.1 nm）（圖1）。此外，CPOF-1孔道的空間限域效應進一步增強了Pd納米顆粒的反應活性，最終使Pd在室溫下便可對D₂進行選擇性的化學吸附。

隨后，合作團隊通過原位傅里葉變換紅外光譜（圖2）、熱脫附譜和理論計算（圖3）對Pd@CPOF-1的D₂/H₂分離機理和過程進行了研究。結果表明，在CPOF-1骨架與Pd納米顆粒構成的限域空間內，由于同位素效應，D₂具有更低的吸附能，更容易被Pd簇吸附。因此D₂/H₂混合物在室溫下的穿透過程中，D₂與Pd之間通過化學吸附被保留在材料內，而H₂則會隨著氣體流動被洗脫，最終實現了室溫下（25 ℃）的高效D₂/H₂分離（圖4）。

該工作提出了一種低能耗、低成本、高效率的溫和環境條件下氕/氘同位素分離新概念，并基于該理論提出新的氕/氘同位素低能耗分離解決方案。