财政部:有机框架

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本周,卡特里娜克莱默看着多功能材料的孔比物质,和该领域的先驱之一。

卡特里娜克莱默

化学家们通常感兴趣的是什么而不是什么不是:它是所有关于原子连接方式和他们如何与光,其他原子,甚至一个生物系统。但是多孔材料时,我们对原子本身不太关注,更多关于空间之间。

从历史上看,当需要一个吸收剂时,多孔材料——打破石化等重要的事情,从水中去除钙或猫砂,化学家沸石。这些aluminosiliate晶体,在1756年发现,记录多孔材料一百多年,直到他们的记录彻底打碎了20世纪结束之前。

1999年,研究人员证明了一个新的奇迹材料称为MOF-5,第一次只有几年前,有三倍多的内部表面积多孔沸石。如果可以展开MOF-5,不到两克它足以覆盖几乎所有的地板空间的每一个白宫的132间客房和35浴室——超过5000平方米。

MOF-5是第一个协作的一个新类聚合物,称为金属有机框架:水晶大分子组成的金属离子或金属离子集群(“节点”)由struts的连接由有机分子。

奥马尔Yaghi从加州大学伯克利分校的一位财政部先锋一直在与多孔化合物从一开始,认为吸引化学家什么MOF是它允许他们在分子水平上控制物质。

奥马尔Yaghi

mof是一个完美的例子你可以把分子,有机和无机,缝合在一起通过强大的债券做框架,和能够控制不仅仅是这些联系的强度,而且还包含实体控制金属的成分,我们称之为二级建筑单位,或业务单位。这些可以是由各种金属。几乎所有的过渡金属元素周期表中可用于这些实体。当然你有有机,有机可以多种多样,不仅在几何和连通性,但也的官能团可以对这些实体。

所以它给的想法设计的固态化学和化学。

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有了化学家的想象力,研究人员将创造超过20000个不同的框架在未来二十年。和大约1000个研究论文仍在每年出版,似乎没有化学家与mof的恋情。这可能不是一个巨大的惊喜,因为这些多洞的材料承诺伟大的事情:从存储氢气和二氧化碳从空气感应化学武器和催化反应。

研究人员一直在兜售未来的天然气甲烷作为燃料,比汽油便宜,大大减少潜在的毁灭性的环境变化。天然气的问题是它的气体。甚至可以压缩或液化气体如果冷却不够,但这些过程是能源密集型的,沉重的,绝缘cryotank不适合到一辆车。财政部可以解决这个棘手的问题——尽管违反直觉的第一眼,一个鱼缸,里面有财政部可以持有更多的气体比一个空罐,由于材料的巨大的表面积。这给财政部的能力比他们会使气体分子更接近彼此在环境压力。

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不容易储存或紧凑的甲烷在卷的油箱的大小,还有你需要的练习场。财政部,做的很好。我们可以设计MOF商店的两到三倍,你会存储在一个没有财政部的油箱。

这是一个大发展,我们一直坚持与巴斯夫共同准备商业化。

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虽然有些财政部承诺解决未来的燃料问题,其他人可以吸收过去的错误。研究人员预测,即使明天所有的人类停止产生二氧化碳,气候变化的潜在的温室气体在大气中已经只能停在捕捉它。财政部与定制的洞被证明是善于捕捉二氧化碳,美国能源部已经确定了材料最有前途的技术之一,尽管它可能是任何材料之前几十年变得商业化。

虽然财政部可以解决一些大问题,小型实验室化学家不需要错过的Swiss-cheese-like材料套件的神奇能力。修改材料的内部,使金属原子可以绑定到主机分子可以使财政部完美的成千上万的潜在反应的催化剂。

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慢慢人回去和修改内部,催化性能变得更好,更好。这个应用程序,因为我很兴奋很长一段时间有一个海湾之间的选择性,得到与酶和分子与异构催化剂,假设金属氧化物异构催化剂——他们很稳定但是没有选择性,不像一个会修改分子和酶。所以我们认为财政部不仅可以填补这一差距,提供稳定的催化剂在不同pH条件下还可以修改,这样他们就可以有选择性的酶。

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但首先,化学家需要学习如何修改这些大分子晶体。而不是合成不同的构建块,然后把它们一起到财政部,研究人员现在开始改变框架组装后的过程称为post-synthetic修改。最终,一系列的金属原子和官能团可以放在框架的各个毛孔,通过复合虽然化学转换或编码的序列信息,如合成DNA链。

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所以化学修改的框架就像修改一个有机分子或无机复杂但现在你做得多,更大的规模。几乎宏观尺度——水晶财政部是宏观的。这导致了我称之为“框架化学”。我们使用的化学分子或分子化学,但我们不习惯考虑分子扩展框架,为宏观对象。和这是一个大发展,不仅仅是因为functionalising框架可以应用的精度,精度,我们作为化学家使用分子化学现在可以适用于框架,但现在也通过设计一个可以实现许多属性。这就是进化和带来更好的和更好的

卡特里娜克莱默

虽然这些类型的财政部目前化学梦想的东西,多洞的框架已经证明他们是万事通,是许多的主人。它肯定看起来不像化学家将耗尽的想法与财政部。

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卡特里娜克雷默,与奥马尔Yaghi说话的潜在的金属有机框架。下周,迈克尔Freemantle发现家庭喜悦和鼓舞的化合物。

迈克尔Freemantle

例如,夏洛蒂·勃朗特在她的小说《简爱》秋天的,指的是“凝固的文物,赤褐色的叶子,被过去的风在堆,现在一起加强了。”,简·奥斯汀在她的小说中写道说服关于:“今年最后的微笑在茶色的叶子,”,“千诗的描述现存的秋天”。

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