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氢键有机骨架材料在常温常压下模拟出了可燃冰
发布时间:2020/06/24 科技 浏览:436
记者从中国科学技术大学获悉,该校化学与材料科学学院刘波课题组发展了一种由胍离子和硼酸盐离子构建的离子型氢键有机骨架(HOF)材料,在常温常压下实现主体结构的解离和重构,同时伴随着客体分子的释放和可逆吸附。相关研究成果日前发表在《自然·通讯》上。
可燃冰因其燃烧值高、清洁无污染、分布广泛且储量巨大,是一种潜在的绿色能源。在低温和高压条件下,可燃冰的结构表现为气体分子(甲烷)被由氢键构筑的、具有笼状结构的固态水分子包裹;但是随着温度升高、压力降低,该结构会坍塌并伴随气体释放,而再次实现甲烷在水分子中的存储则需要严苛的条件。因此,如何在温和条件下,以经济、高效的方式,实现在多孔材料的主体结构形成和破坏过程中实现客体分子可重复的引入和释放,具有重要的科学意义。
氢键辅助的超分子组装得到的骨架材料尽管具有结构上的灵活性,但正因为氢键的非共价弱相互作用导致主体结构非常脆弱,在释放客体分子的过程中出现结构坍塌。研究人员发现,硼酸酯阴离子和胍阳离子通过静电相互作用和氢键构成的离子型HOF具有亚稳态特性,在常温常压下会因为硼酸酯的水解,出现结构坍塌和客体分子(甲醇)的释放,最终得到的稳定产物在甲醇气氛或溶剂中,可通过重结晶重新完成结构的重构和甲醇的引入。这一系列过程在常温常压下以便捷、经济的方式模拟了可燃冰存储和释放甲烷分子的行为。
由于这一系列过程无需外界能量来消除主客体的相互作用,所以这种亚稳态的HOF为探索高效的能源载体材料提供了新的研究思路。