隨著當今社會對化石燃料環境影響和地緣政治的擔憂日益加劇，核能重新受到大眾的關注。核能可以大規模地產生電力而不排放溫室氣體，具備可持續清潔能源的潛質，有望幫助人類社會從化石時代過渡到零排放的未來。然而，核能發電也會產生放射性廢物，后者的有效管理仍是一項亟待解決的難題，否則核電無法獲得公眾的信任。

近日，休斯頓大學研究團隊創新性地提出了基于環四苯肼酮分子晶體的放射性廢物管理解決方案。該團隊2015年的研究表明環四苯肼酮晶體能在水溶液、有機溶液和兩者間的界面上捕獲碘，而碘是最常見的放射性裂變產物之一。相關研究發表在了《Cell Reports Physical Science》上，論文通訊作者、化學教授Ognjen Miljanic表示"界面捕獲的能力特別重要，因為這可以防止碘附著在反應堆和廢物容器的專用涂層上造成損害"。此類晶體表現出了驚人的碘吸收能力，可以與多孔金屬有機結構(porous metal-organic frameworks，MOFs)和共價有機結構(covalent organic frameworks，COFs)相媲美，后兩者之前被認為是捕獲碘的最佳材料。

論文第一作者、前博士生Alexandra Robles在Miljanic教授實驗室中發現了這一現象，并在此基礎上完成了她的博士論文。Robles在核廢料處理方面的興趣引領她對晶體捕獲碘進行研究，Miljanic教授說：“Robles最終在有機層和水層之間獲得了碘，這是一個鮮有人涉獵的領域”。教授還補充道，該晶體優異的特性決定了它的另一功能，“當材料沉積在有機相和水相之間時，它實際上可以阻止碘在液體層之間的擴散” 。此過程不僅可以保證反應堆涂層的完整性、增強放射性包容能力，而且還可以實現碘的輸運，“在難以進行放廢管理的位置捕獲碘，然后在更方便的位置釋放”。這種捕獲-釋放技術還有一個優點是重復利用。他說：“如果污染物只附著不脫落，那么整個晶體用完后都將廢棄，這將增加廢物產量并造成經濟損失” 。當然，上述所有設想仍需要在實際應用中測試，由此Miljanic教授開始布局下一步工作。

Miljanic團隊使用商業化學試劑制備出了這些只含有碳、氫和氧的小分子有機物。每個晶體都是環形結構，其上伸出八個單鏈片段，研究團隊形象地稱之為“章魚”。Miljanic表示，“它們很容易制備，在沒有任何特殊保護氣氛下就可以使用相對廉價的材料進行大規模生產”。目前在實驗室中制備的成本每克約1美元，而工業環境下這個數字將大大降低。

除了捕獲碘，這種小分子晶體的其他用途也十分廣泛。Miljani團隊已經用它們來捕獲二氧化碳，這無異于邁向更加清潔、更加可持續的世界的又一重要步驟。此外，“章魚”分子與鋰離子電池材料中的分子也密切相關，由此打開了通向其他能源的大門。Miljanic解釋，“‘章魚’是一種簡單的分子，其功能取決于我們如何使用它”， “目前團隊正在努力探索其他可能性” 。他對此感到興奮無比，并籌劃著下一個目標是找到商業合作伙伴，實現應用方面的嘗試。不過在那之前，研究團隊打算進一步闡明晶體結構的動力學行為，使其更加強大。