伯克利研究人员创建了首个可溶性2D超分子有机骨

发布时间:2020-03-23 00:27    浏览次数:

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伯克利研究人员创建了首个可溶性2d超分子有机骨架

刚性三角形撑杆与大环环在溶液中自组装,从而形成超分子有机骨架(sof)

每个支柱都包含可抵抗堆叠以将2d框架保持在单个层中的功能单元

伯克利实验室研究人员展示了首个可溶的单层二维蜂窝超分子有机骨架,该骨架将金属有机骨架的有序和多孔特征与超分子聚合物的溶解性结合在一起

超分子化学,也就是超越分子的化学,其中分子和分子复合物通过非共价键结合在一起,随着纳米技术的出现,它才刚刚开始崭露头角

金属有机骨架(mof)由于其对温室气体的需求而引起了极大的关注,但是新的参与者加入了该领域的超分子有机骨架(sof)

美国能源部(doe)的劳伦斯·伯克利国家实验室(berkeley lab)的研究人员推出了首批在解决方案中进行自我组装的二维sof,这是一项重要突破,对传感和分离技术,能源科学以及,也许最重要的是仿生产品

伯克利实验室材料科学部的化学家刘义(yi liu)说,weve展示了首个可溶的单层2d蜂窝状sof,它结合了mof的有序性和多孔性以及超分子聚合物的溶解性

结果证明,我们可以通过基于解决方案的超分子方法对结构内的尺寸进行精确控制,这为组装可以在溶液中处理的更高级架构铺平了道路

liu是美国能源部国家纳米科学用户设施伯克利实验室分子铸造所的超分子电子研究小组的负责人,是《美国化学学会杂志》(jacs)中描述该研究的论文的三位相应作者之一

该论文的标题为“在水中形成单层二维蜂窝超分子有机骨架”

其他通讯作者是中国上海有机化学研究所和复旦大学的赵欣和李占廷

sof具有类似于mof的具有蜂窝周期性的多孔框架

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传统的分子化学涉及由构成分子系统的原子之间共享或交换电子而形成的强共价键

超分子化学涉及通过多个较弱的非共价连接(例如氢键,静电力和范德华力)连接在一起的系统

大自然使用超分子化学来形成dna的双螺旋或折叠蛋白质

对于纳米技术,沿石墨烯的单层二维结构有序材料可以满足很多需求,但关键是要在溶液中进行处理

yi说,基于解决方案的处理可实现批量生产并降低制造成本,并且是将材料转移到干燥状态而又不损失其结构完整性的重要步骤

基于解决方案的处理还允许与生物相关的应用程序,例如仿生感测,其中框架结构对于捕获客体分子和放大化学信号非常有利

然而,溶液中定义明确的2d超分子系统聚合物的自组装一直是一个挑战,因为此类聚合物往往会从溶液中沉淀出来,从而使其难以操作和表征

为了应对这一挑战,yi和他的合作者使用了自组装的三脚架和marocycle环的组合来形成具有蜂窝周期性的多孔框架,类似于mof,但在溶液中保持刚性

在三脚架上安装可以抵抗堆叠的庞大亲水基团,可以保留框架的溶解度和单层2d结构

li说,我们的框架是通过可逆的非共价超分子相互作用结合在一起的,从而确保了在水中的良好溶解性

基于解决方案的处理的精确尺寸控制有助于我们框架的结构和化学定制

这些sof的三脚架由芳族联吡啶分子制成,其支杆或臂的三重态通过大环与相邻分子的支杆互锁,大环由葫芦素分子制成

在这项研究中使用的分子是原理证明的起始者

支撑杆的其他分子将来可能会用于设计类似或更复杂的架构

这些第一批sof新宝6登录的2d单层结构是在伯克利实验室高级光源(另一种doe国家用户设施)上进行表征的,该技术在光束线12.3.1和7.3.3处使用小角度x射线散射(saxs)技术

yi和他在molecular foundry以及在上海的合作伙伴现在正在努力创建3d可溶性sof

除了通讯作者以外,jacs的其他作者还包括张康大,贾天,david hanifi,张跃标,andrew chi-hau sue,周天有和张磊

这项研究得到了美国能源部科学办公室的支持

出版:张康达等,“向水中的单层二维蜂窝状超分子有机骨架”,

,99,1897,1959

化学 soc

,2013,135(47),第1791317918页;

官网测速综合报道

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