广东科学家攻克多孔材料领域世界级难题

来源:金羊网 作者: 发表时间:2018-01-12 22:23

金羊网讯 记者李钢 通讯员王云昀报道:中国科学家攻克了一项多孔材料领域的世界级难题——人类历史上首次“制造”出了孔径大、排布有序的多孔单晶体结构。12日,国际最顶级学术期刊Science杂志在线发表了这项由华南理工大学化学与化工学院李映伟教授团队与美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授、沙特阿卜杜拉国王科技大学韩宇教授和西班牙科尔多瓦大学Rafael Luque教授合作的研究论文《有序大孔-微孔金属有机骨架单晶》。这也是华南理工大学首次以第一单位在Science/Nature主刊上发表论文。

什么是多孔材料?华南理工大学化学与化工学院副院长李映伟向羊城晚报记者介绍说,多孔材料在现实生活中其实有很多应用,譬如珊瑚礁、海绵、红酒软木塞以及石化中使用的炼油剂等。

但是在多孔材料领域,有一个一直未被科学界攻克的难题——如何让“孔”大而整齐,同时材料本身为单晶体结构。

“以前,科学界一般只能做到两点,要么大而整齐,要么大而单晶。但是要做到三者合一,一直没有攻克这个难题。”李映伟说。

那么,同时实现这三个条件究竟有什么好处?对此,李映伟解释说,如果孔径大,就可以让大分子结构进入孔道里;孔道整齐,则可以节省分子扩散的距离,而如果是单晶体,则结构上更为稳定,不易坍塌。

为了攻克这一世界级的难题,华南理工大学的沈葵副研究员(论文的第一作者)和李映伟(论文的共同通讯作者)精心设计,首次提出了一种三维有序模板法和双溶剂法结合的合成策略。在合成过程中,他们创新使用甲醇-氨水作为双溶剂,终于研制出了世界上第一个能够做到大/微孔、有序的单晶体材料。而为了实现这一目标,科研团队付出了三年的不懈努力。

沈葵告诉羊城晚报记者,研制出的单晶体,是一个十四面体结构,由六个正方形和八个三角形构成,同时有序大孔在单晶内定向排列,从而使得有序大孔、有序微孔以及规整单晶结构有机地统一在一种多孔材料中;同时简单地通过改变晶化调节,就可以控制单晶的尺寸和单晶内大孔的直径

沈葵还说,他们在筛选了很多溶剂过程中发现,氨水虽然可以快速地诱导前驱体形成有序、大孔的效果,但得到的材料是多晶独石结构;而甲醇虽然可以诱导形成单晶体,但是却是个实心体,所以他们就尝试着将两者结合起来使用,结果就收获了成功。

李映伟说,这一成果的问世,将来首先将在两个应用领域大显身手,一是催化领域,二是生物医药领域。他举例说,譬如要在石化炼油过程中进行催化,这种材料就可以容纳长链分子,催化效率会非常好,而如果用这种材料制作成药物胶囊,可以在其内表面容纳更多的药物大分子,同时又可以实现缓慢释放,从而实现药效的持续性。

最终,这项成果打动了世界顶级科学家的评审,并获得了极高的评价,为《科学》所接纳。

编辑:yulin
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广东科学家攻克多孔材料领域世界级难题

金羊网2018-01-12 22:23:47

金羊网讯 记者李钢 通讯员王云昀报道:中国科学家攻克了一项多孔材料领域的世界级难题——人类历史上首次“制造”出了孔径大、排布有序的多孔单晶体结构。12日,国际最顶级学术期刊Science杂志在线发表了这项由华南理工大学化学与化工学院李映伟教授团队与美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授、沙特阿卜杜拉国王科技大学韩宇教授和西班牙科尔多瓦大学Rafael Luque教授合作的研究论文《有序大孔-微孔金属有机骨架单晶》。这也是华南理工大学首次以第一单位在Science/Nature主刊上发表论文。

什么是多孔材料?华南理工大学化学与化工学院副院长李映伟向羊城晚报记者介绍说,多孔材料在现实生活中其实有很多应用,譬如珊瑚礁、海绵、红酒软木塞以及石化中使用的炼油剂等。

但是在多孔材料领域,有一个一直未被科学界攻克的难题——如何让“孔”大而整齐,同时材料本身为单晶体结构。

“以前,科学界一般只能做到两点,要么大而整齐,要么大而单晶。但是要做到三者合一,一直没有攻克这个难题。”李映伟说。

那么,同时实现这三个条件究竟有什么好处?对此,李映伟解释说,如果孔径大,就可以让大分子结构进入孔道里;孔道整齐,则可以节省分子扩散的距离,而如果是单晶体,则结构上更为稳定,不易坍塌。

为了攻克这一世界级的难题,华南理工大学的沈葵副研究员(论文的第一作者)和李映伟(论文的共同通讯作者)精心设计,首次提出了一种三维有序模板法和双溶剂法结合的合成策略。在合成过程中,他们创新使用甲醇-氨水作为双溶剂,终于研制出了世界上第一个能够做到大/微孔、有序的单晶体材料。而为了实现这一目标,科研团队付出了三年的不懈努力。

沈葵告诉羊城晚报记者,研制出的单晶体,是一个十四面体结构,由六个正方形和八个三角形构成,同时有序大孔在单晶内定向排列,从而使得有序大孔、有序微孔以及规整单晶结构有机地统一在一种多孔材料中;同时简单地通过改变晶化调节,就可以控制单晶的尺寸和单晶内大孔的直径

沈葵还说,他们在筛选了很多溶剂过程中发现,氨水虽然可以快速地诱导前驱体形成有序、大孔的效果,但得到的材料是多晶独石结构;而甲醇虽然可以诱导形成单晶体,但是却是个实心体,所以他们就尝试着将两者结合起来使用,结果就收获了成功。

李映伟说,这一成果的问世,将来首先将在两个应用领域大显身手,一是催化领域,二是生物医药领域。他举例说,譬如要在石化炼油过程中进行催化,这种材料就可以容纳长链分子,催化效率会非常好,而如果用这种材料制作成药物胶囊,可以在其内表面容纳更多的药物大分子,同时又可以实现缓慢释放,从而实现药效的持续性。

最终,这项成果打动了世界顶级科学家的评审,并获得了极高的评价,为《科学》所接纳。

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