低氘水的生物学效应虽然是小众研究，但低氘水的实际应用一直受到功能饮用水领域的重视。自然界中高山雪水是天然的低氘水，是自然界经过长期历史水蒸汽天然同位素分离效应实现的，但这种效率非常低。人类自从认识到同位素，特别是氘同位素后，一直将氘的分离作为重要的研究技术。过去分离氘的方法效率一直非常低，导致获得低氘水的代价非常高。也有一些人借用低氘水概念，声称自己掌握了简单分离技术。最近中国日本学者联合研究建立的新方法，可能为这一长期困难提供了新技术，意味着这一领域的重大突破。由于氘的分离与核能利用密切相关，这一技术也意味着核能成本的下降。
A molecular flip-flop for separating heavy water (nature.com)
同位素是具有相同原子序数但原子核中中子数不同的原子。例如，protium (H)和氘(D)是氢的同位素，分别有0和1个中子。含有氘原子而不是质子原子的水分子被称为重水。重水的物理性质与普通水仅有细微差别，这使得从水中分离D2O极为困难。Su等人在《自然》杂志上报道了两种纳米多孔材料，它们吸收的是水而不是水——这种特性可以用来分离这些高度相似的分子。
1931年，物理化学家哈罗德·尤里(Harold Urey)发现了氘，此后重水迅速成为核研究的必备材料。事实上，在第二次世界大战期间，盟军在德国军队占领了第一个大型重水生产设施后，对其进行了破坏并最终将其摧毁，以减缓德国核武器的发展。如今，重水除了应用于核工业之外，还被用于同位素标记技术(例如那些用于研究化学反应机制的技术)，以及作为制造高级候选药物的氘的来源。
除了这些化合物的物理化学性质相似之外，直接将重水与普通水分离的一个障碍是，由于分子间氢原子的快速交换，D2O与水混合后会迅速转化为HDO。这是一个问题，因为HDO比D2O更类似于H2O。
因此，生产重水的方法通常包括分离含有不同氢同位素的其他小分子。生产D2O的最先进技术是格德勒硫化氢过程，它涉及到水和硫化氢(H2S)之间的氢同位素交换，以及通过低温蒸馏从二氢同位素类似物(H2, HD和D2)的液化混合物中分离出来的D2的氧化。但过去所有这些分离过程都是选择性低，耗能巨大。
纳米技术提供了超越这些传统方法的选择。1995年，有人提出，在大约77开尔文(环境压力下液氮的沸腾温度)的量子效应会使较重的D2分子比较轻的H2分子更容易通过亚纳米级的孔隙扩散。此后，各种多孔材料被证明可以起到这种“量子筛分”的作用，包括被称为金属-有机框架(MOFs;也称为多孔配位聚合物)。这种分离策略的一种延伸，称为化学亲和量子筛分，也被报道过，在这种分离策略中，D2优先被多孔材料吸附，而不是H2。今年报道的这一领域的一项突破是一种涉及灵活的MOF选择性开孔的过程。当暴露于H2时，该材料保持稳定的闭孔形式，但在D2存在时采用开孔结构。
还开发了一种分离质子(H+离子)和氘核(D+离子)混合物的方法。这是通过电化学方法将这些离子泵入二维晶体来实现的。分离是质子在晶体中选择性扩散的结果。据报道，在分层材料中，氘核而不是质子能够有选择性地在原子薄片之间移动，因为氘核进入原子薄片之间的能量障碍较低。
Su等人报道了两种新的MOFs，它们可以选择性地吸附D2O上的水(图1)。MOFs的纳米多孔晶体结构由有机分子在金属节点上用强键拼接在一起组成。Su和同事们的MOFs都有铜节点，但有不同的有机连接剂，并形成由三角形窗口连接的分子大小的笼。这两种材料的窗口直径相似(2.2和2.0 ångströms)，都比水的运动直径(水分子大小的衡量标准，是2.65 Å)窄。材料没有经历重大的结构变化，如一些MOFs做，但有一些灵活性，特别是在窗户周围。用苏及其同事的话说，它们是“全球稳健但局部灵活”的。