厉害了！可控孔隙的新材料问世了！

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2017-12-15 环球过滤分离技术网

你的皮肤、身上穿的衣服和你站立的土壤有什么共同特点呢？它们都是多孔结构，像海绵一样表面有很多液体和气体可以通过的微孔。多孔材料在世界范围内广泛分布，那些具有纳米级孔隙的介孔材料构成了从化学催化剂载体到储气室和分离膜的一切。

直到今天，科学家都在努力制造强介孔材料。不过，如今他们已经成功开发出“微孔”材料，这些材料具有小于2nm的孔隙。科学家们用“分子框架”的概念构建这些令人难以置信的微小材料，在这个概念中，小的刚性分子相互连接产生连续的结构。虽然在介孔方面缺乏合适的构件（2-50 nm）阻碍了科学家开发强介孔材料，但现在，布法罗大学（UB）的一个研究小组已经解决了这个问题。

布鲁克海文国家实验室的功能性纳米材料中心（CFN）的科学家 - Dmytro Nykypanchuk说道：“分子一旦达到一定的尺寸，大多数分子就会变得太柔软、不够坚固，以致不能维持材料的孔结构。这促使布法罗大学（UB）的科学家开发了一种全新的合成介孔材料的方法。”

在ACS Nano发表的一篇论文中，科学家们描述了从具有特殊结构的巨型分子瓶刷共聚物合成了新材料。这些分子具有从包含封端的主链发出的刷毛。研究小组预测，这种在单个分子中反应性组分的独特组合将形成具有可控孔的强力物质。特别是侧链可以作为额外的刚性互连器，而反应性端块可以帮助多个瓶刷分子结合在一起。

图为瓶刷共聚物（左上）的特殊结构，其具有从具有端块的骨架发出的刷毛。 通过将这些分子相互连接，科学家制作了一种介孔材料（右）

该项目的首席研究员兼布法罗大学（UB）化学教授Javid Rzayev表示：“瓶刷共聚物为制造介孔材料提供了一个独特的平台。通过操纵分子结构，我们可以控制分子间的相互作用的刚性和方向性，这使我们能够开发出具有分子可调参数的介孔材料。”

为了证实他们的结果，UB研究小组分析了美国国家同步辐射光源II（NSLS-II）、也是DOE科学用户设施办公室中的新材料结构。团队分析使用了一种称为小角度X射线散射的技术，将来自束线11-BM（一种建立在NSLS-II和CFN之间的束线）的明亮的X射线指向，以观察光线如何从材料内部的原子弹回。 研究显示，新材料与传统方法所产生的材料差别很大。由于每个孔由几个大分子构成，新开发的材料具有更大数量的单位体积孔，而孔表现出均匀的尺寸并保持其刚性。最重要的是，科学家可以通过操纵瓶刷共聚物的结构来控制孔隙大小。

Nykypanchuk说：“由于孔隙是由分子结构决定的，如今科学家们对孔隙大小和这些材料的性质的控制要比以前更加容易。”

科学家们现在可以通过一个坚固可控的框架来研究改进介孔材料的方法，例如改变孔隙的性质以使其具有催化活性。

文章来自phys.org