艰难的和灵活的分子“锁子甲”的材料

加州大学伯克利分校,化学家已经创建了一个新型的材料从数以百万计的相同,联锁分子首次允许广泛的合成2 d或3 d结构灵活、强大而有弹性,就像锁子甲,中世纪的骑士保护。

的材料,称为无限索烃,可以在一个单一的化学合成步骤。

法国化学家jean - pierre特分享了2016年诺贝尔化学奖第一索烃合成——两个连接环。这些结构为基础的分子结构,这通常被称为分子机器。

但索烃的化学合成仍然费力。添加每增加环索烃需要新一轮的化学合成。24年以来特创造了一个two-ring索烃,化学家已经实现了,最多只有130交织环量太小没有电子显微镜。

在实验室产生的新型索烃,奥马尔Yaghi,加州大学伯克利分校的化学教授,可以产生无限的联系单位在三维空间中。因为个别单位机械联锁和不通过化学键连接,可以弯曲而不破坏结构。

“我们认为,这具有非常重要的意义,不仅在方面做出艰难的材料,不断裂,而且材料将进入机器人和航空航天和装甲西装,这样的事情,“Yaghi说,詹姆斯和Neeltje添头椅子化学教授Kavli能源纳米科学研究所的副主任和加州研究联盟巴斯夫(BASF)和加州大学伯克利分校的Bakar研究所首席科学家对地球的数字材料。

Yaghi和他的同事们,包括论文的第一作者马Tianqiong,加州大学伯克利分校的博士后研究员,报道的细节合成化学过程在本周《自然》杂志上。

网状化学

索烃生产的飞跃是可能使用一种化学Yaghi发明了30多年前:网状化学。他将它描述为“缝合分子构建模块到水晶,延长结构通过强大的债券。”

使用这种技术,他便宜的多孔材料——有机框架(mof)和共价有机框架(咖啡)——被证明是有用的在采集、存储或分离气体,如二氧化碳,氢气和水蒸气。100000多个品种的财政部已经更新。

只让财政部,有必要合成合适的混合分子-金属簇与有机配体和混合在一个解决方案,这样它们连接起来形成一个严格的和高度多孔的三维网络。框架内的化学组选择绑定和释放-温度取决于特定的分子和拒绝别人。

Yaghi创建一个财政部可以把水从甚至最干燥的空气和加热的时候将其释放,允许水在沙漠捕获。

马索烃,Yaghi和合成分子之间有一个跨越两个相同的部分,由一个铜原子共价连接。结构,他们称之为catena-COF,让人想起两个链接回力标与铜原子他们交叉的地方。混合时,这些分子连接起来形成多孔的三维网络连锁构建块。的构建块,一种多面体分子称为金刚烷,基本上锁定他们的六臂形成一个扩展的框架。

无限索烃的构建块,或catena-COF,包含两个交叉分子与一个铜原子的中心。混合时,链接创建一个扩展,3 d联锁分子材料。

“新来的是建筑单位有这些口岸,因为口岸,你会得到有趣的联锁系统,灵活和弹性性质,“Yaghi说。“他们在一个步骤程序走到一起。这是网状化学的力量。而不是建立起来一个单位一次更大的结构,你有编程,这样他们自己和成长。”

分子穿越可以因此发生了化学反应,最后索烃与特定化合物。Yaghi调用这些材料(∞)索烃,使用的符号∞。

“我认为这是一个制作材料的第一步可以flex和潜在的强化刺激,像一个特定的运动,”他说。“那么,在某些方向,可以是非常灵活的,和其他在特定的方向,它可以变得僵硬,只是因为结构构建的方式。”

他指出,虽然这些索烃在三个方向扩展在微观层面上,它们可以被制作得足够薄的二维的用途,如衣服。最近,一些科学家们报告说,他们已经创建了财政部和咖啡,3 d印刷,所以它有可能3 d打印索烃,,就像编织布。

“传统上,这个联锁通过多步已经完成,艰苦的过程只让分子有一个或两个或三个相连的圆环,或多面体。而是使材料具有惊人的属性,如韧性和弹性,需要数百万这些联锁,”他说。“使他们的传统方式只是不会削减它。和网状化学的构建块方法,发现在一个步骤的方法。这是本报告的力量。”

参考:周马T, Y, Diercks CS, et al。加共价有机框架由多面体。Nat Synth。1月16日在线发表2023:1-10。doi:10.1038 / s44160 - 022 - 00224 - z

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。