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美研究人员设计出柔性金属笼状凝胶
2015-12-04  来源:大发排列3网
  麻省理工的科学家制造了一种新材料,该材料将聚合物凝胶的弹性和金属基材料的刚性结构结合在一起。这种新型凝胶可以应用在诸如药物释放、气体储存、水过滤等方面。

  这种称为”polyMOCs”的新凝胶,它是金属凝胶和金属有机笼的混合物。金属凝胶的聚合物链上含有金属,其性能和普通聚合物凝胶类似,都质地柔软,充满弹性。金属有机笼拥有刚性结构,并且倾向于形成晶体材料。

  “试想一种材料兼具上述两者(金属凝胶和金属有机笼)的优异性能,从而也就拥有了金属有机笼规整的自组装结构,以及聚合物凝胶良好的弹性。这就是我们一直想得到的材料。” Jeremiah Johnson这样说道。

自组装性能

  Johnson 和他的同事们利用超分子组装大发排列3来获得这种凝胶。这种方法通过将附着到分子上的配体聚合物混合的方式来获得不同的三维形状,例如圆球、明轮以及金字塔等形状。

  在实验中,每组配体聚合物包含两个吡啶组,每一个都可以和金属钯相结合。而每个金属钯的原子可以和四个配体分子结合,从而产生一个12钯中心和24配体的笼状结构。钯中心还通过粘弹性键合其它金属笼结合在一起,形成一个巨大的自组装凝胶。

  每个金属笼可以和多达24个聚合物链连接,其中只有四个或五个连接到其它金属笼。剩余未连接的聚合物链回环并连接到自己的金属笼。这种回环通常被认为是一种缺陷,但是麻省理工大学的研究团队却利用这种缺陷在特定的配体添加新的功能分子,设计出新型材料。

  “我们可以取代并交换不连接到其它笼子的配体,同时保持聚合物链的节点数量不变。”Johnson说道,“这就可以获得结构完全不同的材料,但其性能不会发生改变。”

  在这项研究中,研究人员将一种称为芘的荧光分子引入到环状配体中。Johnson表示:“当我们在紫外线下观察这种材料时,它具有荧光效应,但物理上看,材料中没有芘配体。材料的模量和膨胀行为没有发生变化,但是这种新凝胶具有很强的荧光性能。”

多种可能用途

  Johnson表示,这种大发排列3还可以讲其它不同功能的分子引入其中。药物分子可以存储在金属笼子中实现药物输运。这种凝胶还可以用于燃料汽车电池的储氢。通过增加配体捕获和隔离重金属,这种材料也可用于水净化。

  “你可以想象把各种功能的材料加入到多余的配体中,就可以使材料适应不同的使用要求。”Johnson说,“目前我们正在研究不仅在笼子外面引入材料,还可以在笼子内部引入材料,这样我们就可以从内部控制分子的吸收和释放。”

  研究人员同时也在开发类似的不同形状的凝胶。并通过使用比钯更廉价更无毒的金属材料,如钛、铁和锌等金属来设计材料。

  该研究成果已经发表在 Nature Chemistry 上。
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