金屬 - 有機(jī)骨架的自組裝    來源：西北大學(xué)

     西北大學(xué)的科學(xué)家利用兩個(gè)簡單的構(gòu)建模塊構(gòu)造了一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的材料，這也是迄今為止密度最低的金屬 - 有機(jī)框架。

    在這些科學(xué)家開發(fā)的設(shè)計(jì)規(guī)則指導(dǎo)，鈾原子和有機(jī)連接子定向自組裝成一個(gè)美麗的晶體，這個(gè)晶體擁有疏松的大而通風(fēng)的氣孔的3-D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這些氣孔非常寬敞，科學(xué)家們已經(jīng)在一個(gè)孔隙里安置了一個(gè)大體積的酶 —一個(gè)不小的成就。這表明這種晶體材料可作為酶的保護(hù)性支架。

    引導(dǎo)這次研究的溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院化學(xué)研究教授Omar K. Farha說：“我們正在進(jìn)行單個(gè)原子精度級(jí)別的研究，我們的材料從單個(gè)原子的水平開始，以埃為單位測(cè)量，并以數(shù)百微米級(jí)結(jié)束，我們可以用肉眼看見小晶體，然后用鑷子夾住這些小晶體。”

    該項(xiàng)研究在5月12日發(fā)表于“科學(xué)”雜志期刊上。盡管該材料是由周期表中最重的元素之一的鈾制成的，但是其質(zhì)地非常的輕 （科學(xué)家們使用了鈾238，一種非放射性同位素）。在這種結(jié)構(gòu)中，鈾原子彼此離得很遠(yuǎn)，金屬 - 有機(jī)骨架（MOF）與任何競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比都是最低密度的。

    專門從事催化，感測(cè)和存儲(chǔ)應(yīng)用的MOF的合理設(shè)計(jì)的Farha說：“這是違反直覺的。這種材料之前沒有被發(fā)現(xiàn)或預(yù)測(cè)過。盡管其開始的簡單，我們的MOF結(jié)構(gòu)具有無與倫比的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。而且我們只是觸及用簡單的模塊構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的淺層表面。”

    Farha說：“該發(fā)現(xiàn)揭示了為簡單構(gòu)建塊開放、復(fù)雜結(jié)構(gòu)自組裝制定一般設(shè)計(jì)規(guī)則的潛力，同時(shí)也突出了錒系元素在材料合成中的潛力。”

    研究人員現(xiàn)在可以應(yīng)用自下而上的全新設(shè)計(jì)規(guī)則來合成具有預(yù)先設(shè)計(jì)和可預(yù)測(cè)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的各種新型材料。

    金屬有機(jī)骨架是有序的晶格狀晶體。 晶格的節(jié)點(diǎn)是金屬與有機(jī)分子連接的節(jié)點(diǎn)。 名為NU-1301的新MOF僅由鈾氧化物節(jié)點(diǎn)和三羧酸酯有機(jī)連接體組成。這種簡單的成分結(jié)構(gòu)使得MOF在工業(yè)上具有實(shí)用性。

    NU-1301除了具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜性外，也具有非常高的表面積、孔體積和水分保持性，并且可根據(jù)其尺寸和電荷分離小有機(jī)分子和大生物分子或酶。

    每個(gè)元件單元（三維重復(fù)創(chuàng)建晶體結(jié)構(gòu)的基本單元）是由816個(gè)鈾節(jié)點(diǎn)和816個(gè)有機(jī)接頭組成。一個(gè)元件單元跨越測(cè)量173埃，并且不斷重復(fù)。元件單元組裝成五邊形和六邊形，最終生長成可達(dá)四分之一毫米寬的晶體。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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