创建第一个永久多孔液体

刚性有机笼分子的结合生产和笨重的溶剂允许研究人员液体与永久的孔隙度。¹这类新型多孔材料的结合的好处液体与固体吸附剂框架和可能发现等重要领域的应用催化或碳捕获。

多孔固体,如沸石或有机框架(mof),通常用于各种化学过程。这些材料是结构刚性和含有永久蛀牙的常规尺寸和形状。相比之下,“孔隙”在传统液体仅限于定义糟糕和瞬态腔之间的分子。尽管许多用途,沸石和mof的固体性质可以在几个方面施加限制,所以材料结合流动性和永久的孔隙度都是伟大的技术感兴趣。

涉及一个国际科学家小组在英国、法国、德国和阿根廷现在已经能够设计和准备的永久多孔液体使用刚性有机分子笼。这些笼子里有一个好处,那就是它们可以溶解在另一种物质不打断的化学键,因此作为可溶性多孔单元。作者指出,他们的多孔分子液体从根本上不同于多孔高分子液体含有胶体二氧化硅空心球。²我们把这些笼子形分子,有一个中空的空间内,可以通过小窗口,并溶解在溶剂浓度很高的分子太大,适合透过窗户,”主要作者解释道斯图亚特·詹姆斯主席在贝尔法斯特女王大学无机化学,英国。那样我们创建了一个液体已空的毛孔漂浮。”

作者首先将笼分子溶解在液体组成的冠醚-循环化学单位包含几个醚子组。实现笨重的溶剂中溶解度高,团队每个笼子functionalised六冠醚组。通过这种方法,他们能够获得一个集中在室温下液相流动,尽管高浓度的笼子里。

困气

詹姆斯和他的同事们的工作很重要,因为它第一次表明,液体可以永久多孔,”说迈克尔Mastalerz海德堡大学有机化学教授Ruperto卡罗拉在德国。他解释说,建立这样一个液体的挑战是设计一个分子,要么是液体本身或无法穿透高度溶于溶剂分子的毛孔。“这不是微不足道的,”他说。“通常,长或支化烷基链是用来增加溶解度或更低的熔点更大的分子,但是线性烷基链可以穿透到邻近分子的蛀牙,导致无孔的液体。詹姆斯等用一个巧妙的方法来解决这个问题:他们把多孔crown-ether-decorated分子与冠醚。

研究人员为特征的新材料结合分子动力学模拟与正电子湮没寿命谱,常用的技术来研究空洞和缺陷在固体,发现多孔液体能溶解异常大量的气体。“小甲烷等气体分子可以通过窗户进入毛孔,所以我们看到的是毛孔大量气体的溶解度增加,”詹姆斯说。团队证明,笼子里与小外围团体也可以用来创建多孔液体。这是实现通过“炒”笼子从商用试剂的混合物。在这两种情况下,这个秘密是为了避免官能团可以渗透分子笼蛀牙。

但根据Mastalerz,表面积和总体吸收气体在多孔液体仍远低于那些在大多数沸石和财政部。目前这种材料不能与固体竞争,”他说,补充说,永久多孔液体应该被视为一个原型的一个新类的物质。”不过,这种材料熊许多优点,因为它是一个流体,例如可以通过油管和管道泵。这可能有一天发现技术应用在气体分离或交通工具。”