伯克利研究人员创造了第一个可溶性2D超分子有机框架

时间：2021-05-20 07:52:04 来源：

刚性三角形支柱与溶液中的宏循环环结合，以产生超分子有机框架（SOF）。每个Strut都包含功能单元，抵抗堆叠以将2D框架维持在单层中。

伯克利实验室研究人员已经证明了第一溶于可溶性单层2D蜂窝体超焦有机骨架，其结合了金属有机框架的排序和多孔特征，其具有超分子聚合物的溶解度。

超分子化学，AKA化学超出分子，其中分子和分子复合物通过非共价键在一起，刚刚开始进入纳米技术的出现。金属有机框架（MOFS）由于它们对温室气体的胃口而令人瞩目，但新的球员加入了现场 - 超分子有机框架（SOF）。与美国能源部（DOE）的劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的研究人员推出了第一二维SOF，即自我组装在解决方案中，这是对传感和分离技术，能源科学的影响的重要突破，并且，也许最重要的是，生物体。

“我们已经证明了第一种可溶性单层2D蜂窝状SOF，其将MOF的顺序和多孔特征与超分子聚合物的溶解性结合在一起，”伯克利实验室的材料科学师的化学家易刘说。“结果证明，我们可以通过基于解决方案的超分子方法来在结构中进行精确控制结构中的维度，这为可以在解决方案中加工的更先进的架构方案铺平了道路。”

刘监督伯克利实验室分子铸造师的超分子电子研究组是一家美国纳米科学用户设施，是一篇关于美国化学学会（JACS）杂志的论文的三个相应作者之一。本文标题为“朝向水中的单层二维蜂窝超分子有机骨架”。另一位相应的作者是中国上海有机化学研究所和复旦大学的辛赵和詹婷。

SOF与蜂窝周期相似的多孔框架，类似于MOF。

传统的分子化学涉及由构成分子系统的原子之间的共享或交换电子形成的强共价键。超分子化学涉及通过多种较弱，非共价连接，例如氢键和静电和van der WaaS力保持在一起的系统。自然使用超分子化学形成DNA的双螺旋或折叠蛋白质。对于纳米技术，单层2D结构上有序材料 - 沿石墨烯线 - 可以填补许多需求，但关键是在解决方案中处理它们。

“基于解决方案的处理允许批量生产和降低的制造成本，并且是将材料转移到干燥状态的重要步骤，而不会失去结构完整性，”易说。“基于解决方案的处理还允许生物相关的应用，例如仿生感测，其中框架结构是有利于捕获客户分子和化学信号的放大。”

然而，溶液中明确定义的2D超分子系统聚合物的自组装是一种挑战，因为这种聚合物倾向于从溶液中沉淀出来，使得它们难以操纵和表征。为了满足这一挑战，彝族和他的合作者使用了自组装三脚架和马骨圈的组合，形成了蜂窝周期的多孔框架，类似于MOF，但在溶液中保持刚性。用沉积堆叠的笨重亲水基团配备三脚架，保留了框架的溶解度和单层2D架构。

“我们的框架通过可逆的，非共价超分子相互作用保持在一起，确保水中良好的溶解度，”李说。“基于解决方案的加工的精确维度控制有助于我们框架的结构和化学定制。”

这些SOF的三脚架是由芳族双吡啶分子制成的，其三人组的支柱或臂通过宏细胞与其相邻分子的支柱互锁，这是由甘草属分子制成的。本研究中使用的分子是原则上的原始初学者。在未来可以使用其他分子用于设计类似或更复杂的架构。这些第一个SOF的2D单层结构在Berkeley Lab的先进光源，另一个DOE国家用户设施，在Bearlines 12.3.1和7.3的小角度X射线散射（SAXS）技术。

彝族和他在分子铸造厂和上海的合作者现在正在努力在3D中创造可溶的SOF。除了相应的作者外，JACS纸的其他作者是康大张，嘉田，大卫哈菲，岳彪张，安德鲁志浩苏，田友周和雷张。

这项研究得到了美国能源部科学办公室的支持。

出版物：Kang-da Zhang等人，“朝着单层二维蜂窝超分子有机骨架，”J.AM。化学。SOC。，2013,135（47），PP 17913-17918; DOI：10.1021 / JA4086935

图片：劳伦斯·伯克利国家实验室

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