Создание губки для адсорбции и десорбции молекул газа

Группа исследователей, возглавляемая учеными из Центра науки о возникающих веществах и Токийского университета, создала необычный материал – мягкий кристалл, состоящий из молекул, известных как катенаны, – который ведет себя новым образом, который может быть использован в такие приложения, как пленки, улавливающие молекулы углекислого газа. Исследование опубликовано в .


Катенана – это тип молекулы, в которой два или более кольца сцепляются друг с другом, как кольца, которые фокусники используют в своих фокусах, и могут скользить друг по другу, создавая конформационные изменения, которые могут придавать материалам интересные свойства. Эти типы молекул встречаются в природе, где они часто действуют как молекулярные машины. До сих пор были созданы цепочки катенанов, известных как поликатенаны, но ученые никогда не исследовали трехмерные кристаллы, состоящие из этих молекул.

Группа приступила к изучению этого и создала новый материал, выращивая кристаллы катенанов и ионов кобальта в растворителе. Тщательно контролируя расположение молекул катенанов за счет образования координационных связей с ионами кобальта, они думали, что смогут создать трехмерную сеть, состоящую почти исключительно из катенанов, которые работают вместе, создавая новые функции.

Затем исследователи использовали дифракцию рентгеновских лучей на монокристалле, чтобы изучить структуру мягкого кристалла.

Хотя исследователи по сути изучали, какими свойствами могут обладать такие материалы, они были удивлены результатами анализа. Во-первых, в соответствии с их ожиданиями, они обнаружили, что катенаны по весу составляют более 90 процентов кристалла. Интересно, что они обнаружили, что он был пористым, с отверстиями, которые могли адсорбировать растворитель или газообразные молекулы, и что форма изменялась, когда молекулы-гостя входили в структуру или выходили из нее.

Кроме того, используя технику наноиндентирования для изучения механических свойств, они обнаружили, что материал легко деформируется при механическом сжатии и что его модуль Юнга, показатель легкости, с которой он деформируется, сравним с таковым полипропилена. , пластик, используемый в упаковочных материалах и других целях, и что, что удивительно, он вернулся к своей первоначальной форме без повреждений после снятия силы. Более того, когда они попытались сжать его, они обнаружили, что он больше всего сжимается в определенном направлении, и смогли объяснить его деформируемую природу, показав, что на самом деле кольца молекул катенана скользят, позволяя материалу сжиматься.

По словам Хироши Сато, руководившего исследованием: «Мы считаем, что эти результаты могут привести к созданию инновационных пористых материалов, которые могут адсорбировать и десорбировать молекулы газа, такие как углекислый газ, просто зажимая и отпуская их пальцами».

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments