《Nature》子刊:液体也能多孔?

发布网友发布时间：2024-10-03 20:16

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热心网友时间：2024-10-03 22:04

讨论液体多孔性，我们通常首先想到多孔固体，如陶瓷和金属。多孔结构在这些材料中用途广泛。然而，液体能创造出多孔结构吗？传统观念认为这是不可能的。液体分子间确实存在空隙，但这些空隙微小且不稳定，形状变化不定。生活中常见气泡，它们能被吹入液体，但很快浮起消失。液体流动性意味着它们不会自动填满这些小孔，产生永久多孔结构似乎不可能。

事实上，早在2007年，研究人员发现能在液体中实现永久性空腔，从而赋予液体永久多孔性。这类液体分三种类型，最简单的I型永久多孔液体，其由刚性主体组成，内部空腔在纯净状态下为液态，无需额外溶剂维持流动性。这类多孔材料主要用于气体存储和分离。然而，比CO2或CH4更大的客体分子在多孔液体腔内的结合限制了材料应用，开发能容纳更多客体分子的多孔液体变得尤为重要。

英国剑桥大学的研究团队报道了一种具有多孔四面体配位笼的离子液体。这一发现补充了在其它多孔液体中观察到的气体结合，同时也能封装非气态客体，展示尺寸选择性。三种气态氯氟烃被多孔液体的配位笼吸收，亲和力随分子大小增加。这些发现有助于合成更多多孔液体，其客体吸收特性可调整以实现特定功能。第一作者是Ma Lillian。

制备和流变性质方面，通过三醛A、PEG咪唑鎓苯胺B和三氟酰亚胺锌（II）的反应，制备了多孔液体配位笼2，并使用CD3CN中的1H和19F NMR光谱确认了其形成。CD3CN溶液中的1H NMR光谱显示，对笼2的PEG链没有占据胶囊的孔隙。DSC数据表明笼经历了可逆相变，起始温度为-44℃。TGA痕迹显示在室温至300℃之间，纯净液体笼2的质量损失不明显。在固定角频率为10 rad s

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下，振荡应变测量研究了液体笼2的流变特性，发现材料在1％应变下的频率扫描表现出强烈依赖于频率的变化。温度扫描显示笼2在20-100°C范围内具有流动性，其粘度随温度升高而降低。

探究多孔液体笼2的客体选择性，实验显示丙醇和丁醇异构体在笼2中的包封取决于客体结构，正丙醇和仲丁醇的结合强度比叔丁醇、异丁醇和异丙醇更弱，正丁醇与笼2没有明显相互作用。支链醇在笼2腔体中形状匹配更好，导致更强结合。实验表明笼2在真空下可从包封的客体中回收，且循环使用五次无分解迹象。

三种气态CFCs被多孔液体笼2吸收，CFCl3的结合最牢固，其次是CF2Cl2和CF3Cl。回收和释放结合过程可用于选择性捕集CFCs，这些材料在化学分离中具有潜在用途。

综上，研究人员合成了一种可作为液体配位笼的多孔笼2，具有可逆性，通过减压释放包封的客体回收笼2，是可循环使用的。下一代多孔液体配位笼结合强度的改进有望实现分子分离、提取和催化应用，材料可用于反复隔离和释放尺寸相容的客体，对化学分离领域具有重要意义。