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华南理工大学科研团队 攻克多孔材料世界难题

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发表于 2018-1-14 13:10:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

华南理工大学科研团队 攻克多孔材料世界难题

华南理工大学科研团队 攻克多孔材料世界难题


华南理工大学化学与化工学院李映伟教授(左三)团队 记者 汤铭明 摄
首次以第一单位在《科学》主刊发表论文;新材料将首先在石化炼油和生物制药领域发挥作用
广州头条网讯 记者李钢、通讯员王云昀报道:中国科学家攻克了一项多孔材料领域的世界级难题——人类历史上首次“制造”出了孔径大、排布有序的多孔单晶体结构。12日,国际顶级学术期刊《科学》杂志在线发表了这项研究论文:《有序大孔——微孔金属有机骨架单晶》。


该项目由华南理工大学化学与化工学院李映伟教授团队、美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授、沙特阿卜杜拉国王科技大学韩宇教授和西班牙科尔多瓦大学Rafael Luque教授合作。这是华南理工大学首次以第一单位在《科学》主刊上发表论文。


什么是“多孔材料”?李映伟介绍,现实生活中的多孔材料并不陌生,比如珊瑚礁、海绵、红酒软木塞以及石化中使用的炼油剂等。但是在这个领域,有一个一直未被攻克的难题——如何让“孔”大而整齐,同时材料本身为单晶体结构。“以前,科学界一般只能做到两点,要么大而整齐,要么大而单晶。”
同时实现这三个条件有什么好处?李映伟解释:如果孔径大,就可以让大分子结构进入孔道里;孔道整齐,则可以节省分子扩散的距离,而如果是单晶体,则结构上更为稳定,不易坍塌。


为攻克这一难题,华南理工大学的沈葵副研究员(论文的第一作者)和李映伟(论文的共同通讯作者)精心设计,首次提出了一种三维有序模板法和双溶剂法结合的合成策略。在合成过程中,他们创新使用甲醇-氨水作为双溶剂,终于研制出了世界上第一个能够做到大/微孔、有序的单晶体材料。为实现这一目标,团队付出了三年的不懈努力。

沈葵告诉羊城晚报记者,研制出的单晶体是一个十四面体结构,由六个正方形和八个三角形构成,同时有序大孔在单晶内定向排列,从而使得有序大孔、有序微孔以及规整单晶结构有机地统一在一种多孔材料中;并且,简单地通过改变晶化调节,就可以控制单晶的尺寸和单晶内大孔的直径。
沈葵还说,他们在筛选了很多溶剂过程中发现,氨水虽然可以快速地诱导前驱体形成有序、大孔的效果,但得到的材料是多晶独石结构;而甲醇虽然可以诱导形成单晶体,但是却是个实心体,所以他们就尝试将两者结合起来使用,最终收获了成功。

李映伟说,这一成果的问世,首先会在两个应用领域大显身手:一是催化,二是生物医药。他举例,在石化炼油过程中,这种材料可以容纳长链分子,催化效率会非常好;而用这种材料制作药物胶囊,则可以在其内表面容纳更多的药物大分子,同时又可以实现缓慢释放,更好地实现药效的持续性。

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