输送药物进入人体,或储存数量浩繁的气体分子,现在可以进行更好的控制,这要归功于美国匹兹堡大学(University of Pittsburgh)研究人员的一项研究。有一篇论文在线发表在《自然•通讯》(Nature Communications)上,有一组化学家和同事,他们来自匹兹堡大学肯尼思P.迪特里希艺术与科学学院(Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences),匹兹堡大学医学院,西北大学和达勒姆大学(Durham university),他们提出一种替代方法,用以制备多孔材料。
这项工作要采用金属有机框架结晶化合物,这种化合物包含金属簇节点,依靠有机分子连接在一起,形成一维,二维或三维多孔结构,研究人员设法改变节点(金属原子簇)尺寸,而不改变有机分子连接器的长度,最终形成最大的金属有机框架孔隙体积,这是迄今报道的最大孔隙体积。
“考虑一下,这种方式就像你想象儿童玩具一样,”纳撒尼尔•乐斯(Nathaniel Rosi)说,他是匹兹堡大学迪特里希学院(Dietrich School)化学系主要研究人员和助理教授。他说:“金属原子簇是你的关节,而有机分子是你的连接器,为了制成一种有很多空间的高度开放结构,你可以提高连接器的长度,也可以增加关节的尺寸。我们开发的化学技术,可以制成大关节或节点,而且表明,我们可以把它们连接起来,制成一种材料,在这类材料中,这种材料的孔隙是特别大的。”
“从本质上讲,我们就像建筑师。我们首先制作目标材料的蓝图,然后,我们选择我们的制备原材料,”乐斯补充说。“我们开发一些方法,设计结构,控制组装这些结构,这是以一个分子一个分子的方式进行。”
和乐斯一起的纪云安(Jihyun An)毕业时获得化学博士学位毕业,他是2011年从匹兹堡大学毕业,他是论文的首席作者,他俩说,这种新方法会产生影响,有助于存储大量的气体,如二氧化碳或甲烷,这是一个重要的进展,可用于开发替代能源,或大量药物分子,会影响药物输送领域。自从五年前加盟匹兹堡大学以来,乐斯已开发了一个实验室,学生和博士后研究人员来自各种化学相关学科,他们着重开发一些新方法,进行材料设计和探索。
论文《金属-腺嘌呤节点用于制备异常多孔金属有机框架》(Metal-adeninate vertices for the construction of an exceptionally porous metal-organic framework)发表在2012年1月3日的《自然•通信》杂志上,文中说,“金属有机框架包含金属-羧酸(carboxylate)簇节点,以及长长的分叉有机连接器,这种框架是已知最多孔的材料,因此引起巨大关注,可进行许多应用,包括天然气储存,分离,催化和药物输送。”
为了增加金属有机框架孔隙,连接器的尺寸和复杂性有所增加。在这里,我们提出一个有前途的替代策略,可制作介孔金属-有机框架,这需要调节节点尺寸,而不是有机连接器的长度。这种方法使用大型金属生物分子团簇,特别是锌-腺嘌呤构成成分,作为节点,制成Bio-MOF-100,这是一种独特的介孔金属-有机框架。Bio-MOF-100具有高比表面积(4300平方米G-1),最低的晶体密度(0.302克CM-3),以及迄今报道过的最大金属有机骨架孔隙体积(4.3立方厘米G-1)。
发现迄今最多孔材料
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