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運用編織來制造共價金屬框架和金屬有機框架

2016年01月28日 10:23 5427次瀏覽 來源:   分類: 新材料前沿

  現(xiàn)在社會有著很多方法去制造納米材料,但是編織,這種最古老和最持久的制造方法,直到最近才被列入其中。來自美國能源署Lawrence 伯克利實驗室和UC伯克利的科學(xué)家用螺旋有機線編織了世界上第一個三維共價有機框架。這種編織的COFs有著明顯良好的折疊性、彈性和可逆性,并且這些性能要比以前的COFs要好。這種編織的COFs有很大的潛力去捕獲和儲存二氧化碳,然后把它們轉(zhuǎn)化成有價值的化學(xué)產(chǎn)品。
  “我們成功的把編織這種藝術(shù)引入到了原子和分子的級別,它給我們提供了一種新的制造物質(zhì)的極其準(zhǔn)確的方法,并獲得特殊的和寶貴的機械性能。”來自伯克利材料科學(xué)和化學(xué)系的化學(xué)家Omar Yaghi說到。
  “編織在化學(xué)中已經(jīng)被運用了很久,但是在生物中確不太出名,”Yaghi 說到。“但是,我們找到了一種編織有機線的方法,這使得我們能夠設(shè)計和制造復(fù)雜的二維或三維有機擴展結(jié)構(gòu)。”
  Yaghi是這篇發(fā)表在Nature雜志上文章的通訊作者。這個文章的名字叫做“編織有機線來制造晶體共價有機框架。”第一作者是Yuzhong Liu, Yanhang Ma 和 Yingbo Zhao。其它的作者包括Xixi Sun, Felipe Gándara, Hiroyasu Furukawa, Zheng Liu, Hanyu Zhu, Chenhui Zhu, Kazutomo Suenaga, Peter Oleynikov, Ahmad Alshammari, Xiang Zhang 和 Osamu Terasaki。
  COFs和它們的姐妹材料,金屬有機框架(MOFs),是三維多孔的晶體,有著極大的內(nèi)表面積并吸收和儲存巨大量的指定分子。這兩種材料由Yaghi發(fā)明。COFs和MOFs組成的分子能夠組成大的和擴展性的網(wǎng)狀框架結(jié)構(gòu),它們的框架是由化學(xué)鍵鏈接在一起。這種框架結(jié)構(gòu)展示出了強大的應(yīng)用性,包括封存碳。
  通過Yaghi開發(fā)的另外一種技術(shù),“網(wǎng)狀化學(xué)”,這些框架結(jié)構(gòu)同樣能通過催化劑制造,并有著預(yù)計的功能:例如,減少二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳,二氧化碳是一種基礎(chǔ)的積木,它可以被用來制造一系列的化學(xué)產(chǎn)物包括燃料、制藥和塑料。
  在最新的研究中,Yaghi和他的合作者使用銅復(fù)合物作為模板來把有機化合物“菲羅啉”線編織成圖案來制造亞胺框架,COF-505.通過X光和電子散射的檢測,研究者發(fā)現(xiàn)銅離子能夠可逆地移除或者重新儲存,并且不改變COF-505的形狀。COF的脫金屬能夠?qū)е滤黾?0倍的彈性,重裝金屬能夠把COF變回它原來的剛性。
  “我們這種通過簡單的調(diào)控來轉(zhuǎn)變彈性不同的兩種狀態(tài)意味著這些狀態(tài)之間的循環(huán)可以重復(fù)實現(xiàn),并且不會破壞和改變它的結(jié)構(gòu)。”Yaghi說到,“基于這些結(jié)果,我們能想象出我們能制造分子外衣來結(jié)合不尋常的彈性、強度、折疊性和變化性,在一種材料上。
  Yaghi說到MOFs也能通過編織的方式制成。另外,這些編織的結(jié)構(gòu)能用到納米顆粒或者高分子,這意味著他們能夠被制造成薄的膜和電子器件。
  “我們的編織技術(shù)使得長的共價連接分子線能夠在普通的間隔下交叉,”Yaghi說到,“這些交叉能作為支點,因此這些線有著一定的自由度去前后移動,而不會崩潰這個結(jié)構(gòu),這是制造有著優(yōu)秀機械性能和動力材料的福音。”

責(zé)任編輯:淮金

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