如何讓多孔固體在液態和玻璃態下保持其特性

【概要】

由於其特殊的孔隙度，多孔固體通常能夠捕獲以及運輸分子，金屬-有機骨架（MOFs）具有粉末的形狀，這使得它們難以結構化。科學家們首次證實了該類型的MOF在液態和玻璃態下具有保持其多孔性能的奇異特性，該項研究結果為新工業的應用拓寬了前景。

【圖注】ZIF-4材料在室溫下的結晶結構。

由巴黎研究機構（CNRS / Chimie ParisTech）科學家率領的國際團隊，這是一個主要研究液化空氣的國際團隊，首次證實了一種MOF在液體以及玻璃體中具有保持多孔性能的驚人特性。

金屬有機骨架（MOF）是一種極具前景的材料，其特殊的孔隙率使得它可以儲存和分離大量的氣體，或者作為化學反應的催化劑。然而，它們的結晶結構意味著它們只能以粉末形式生產，難以存儲和在工業上應用。CNRS、Chimie PecarisTh、劍橋大學、液化空氣研究團隊、ISIS（英國）以及Argonne（美國）同步加速器的科學家團隊首次表明，沸石MOF的性質出人意料地隱藏於液相之中（這通常對孔隙度不利）。然而，在冷卻和固化之後，由該材料所獲得玻璃態的孔隙度也保持著相同性質的無序非結晶結構，這使其比粉末形式能更有效地形成和應用。

為了達到這個目的，科學家們就使用中子衍射和X射線，來觀察進入液相併熔融後的MOF結構。它們將這些數據與分子模擬聯繫起來，分子模擬過程中重現了MOF的熔融溫度條件。這兩種方法的組合使得它們能夠描述當材料進入液相然後再固化時的結構變化對材料的影響。因此，他們成功地展示了一個普通的機制，正在研究的MOF可由金字塔形分子框架組成，每個分子框架由被四個循環的咪唑鹽有機分子包圍的鋅原子所組成。在熔化時，由溫度升高所產生的能量能夠分解咪唑酸鹽和鋅之間的連接，從而破壞金字塔框架。然後所產生的空間被另一個由相鄰框架釋放的咪唑化物循環所佔據，以重建原始結構。複雜結構之間的這些分子交換可使得MOF具有液體特性。

在這種特定的MOF情況下，孔隙度是由被氣體填充的金字塔結構之間有間隙存在所引起的。由於MOF能在液態保持相同的錐體結構，因此能夠保持其孔隙度。除了發現MOF在熔融後能夠保留其性能，本研究還描述了多孔液體的研究特徵，這在目前的研究中是極為少見的。

文獻鏈接:When a porous solid retains its properties in liquid form

本文由材料人編輯部李妹編輯，點我加入材料人編輯部。

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