華南理工大學(xué)攻克多孔材料世界難題

中國(guó)科學(xué)家攻克了一項(xiàng)多孔材料領(lǐng)域的世界級(jí)難題，在人類歷史上首次制造出了孔徑大、排布有序的多孔單晶體結(jié)構(gòu)。2018年1月12日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志在線發(fā)表了該項(xiàng)目的研究論文：有序大孔——微孔金屬有機(jī)骨架單晶。

該項(xiàng)目由華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院、美國(guó)德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校、沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)和西班牙科爾多瓦大學(xué)合作開發(fā)。

據(jù)悉，現(xiàn)實(shí)生活中的多孔材料并不少見，比如珊瑚礁、海綿、紅酒軟木塞以及煉油中使用的催化劑等。但是在這個(gè)領(lǐng)域，有個(gè)一直未被攻克的難題——如何讓“孔”大而整齊，同時(shí)材料本身為單晶體結(jié)構(gòu)。為攻克這一難題，華南理工大學(xué)精心設(shè)計(jì)，首次提出了一種三維有序模板法和雙溶劑法結(jié)合的合成方法。

在合成過程中，他們創(chuàng)新使用甲醇-氨水作為雙溶劑，終于研制出了世界上首個(gè)能夠做到大/微孔、有序的單晶體材料。該研制出的單晶體是1個(gè)十四面體結(jié)構(gòu)，由6個(gè)正方形和8個(gè)三角形構(gòu)成，同時(shí)有序大孔在單晶內(nèi)定向排列，從而使得有序大孔、有序微孔以及規(guī)整單晶結(jié)構(gòu)有機(jī)地統(tǒng)一在一種多孔材料中；并且，簡(jiǎn)單地通過改變晶化調(diào)節(jié)，就可以控制單晶的尺寸和單晶內(nèi)大孔的直徑。在篩選溶劑過程中發(fā)現(xiàn)，氨水雖然可以快速地誘導(dǎo)前驅(qū)體形成有序、大孔的效果，但得到的材料是多晶獨(dú)石結(jié)構(gòu)；而甲醇雖然可以誘導(dǎo)形成單晶體，但是卻是個(gè)實(shí)心體，所以研發(fā)人員嘗試將兩者結(jié)合起來使用，最終獲得了成功。

這一成果的問世，首先會(huì)在催化和生物醫(yī)藥兩個(gè)領(lǐng)域大顯身手。在煉油過程中，這種材料可以容納長(zhǎng)鏈分子，催化效率會(huì)非常好；而用這種材料制作藥物膠囊，則可以在其內(nèi)表面容納更多的藥物大分子，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)緩慢釋放，更好地實(shí)現(xiàn)藥效的持續(xù)性。