travesti
travesti
travesti
2020-09-16
孔洞材料界的變形金剛:MOF整體晶格結構的極快速重排
圖
圖
圖
圖
圖一:鋁金屬有機骨架(MOF)孔洞材料的整體晶格結構的極快速的重排圖
圖
圖二:鋁金屬有機骨架(MOF)孔洞材料晶格結構重排之可逆的結構循環轉變示意圖

【本報導由化學系 林嘉和教授研究團隊提供】

本研究發表了一個金屬有機骨架(MOF)孔洞材料的新發現——在溫和條件下,通過化學鍵連接的變動,可以實現MOF整體晶格結構的極快速重排。該系統在活化(即溶劑交換和脫附)後約40秒內,其結構從具有低孔隙率與非序化的MOF轉變為高孔隙率與結晶性的異構體,讓比表面積從725 m2/g大幅增加至2,749 m2/g。藉由光譜測量結果顯示,此MOF系統晶格重排涉及到具有缺陷骨架的亞穩中間態生成,其為配位不飽和金屬位置上之溶劑去除後產生,這兩種不同MOFs拓撲結構之非晶性—結晶性間的轉換,可以通過活化與再浸入極性溶劑中完成數次可逆的結構循環轉變。研究旨在探討真實的MOF晶體結構中具有局部的缺陷,聚焦研究於缺陷誘導MOF合成特性,預期能提升與開發MOF材料在物理、機械、電子和光學材料性質以及化學活性。本研究發表在探究的實驗程序下,有助於合成以往不容易合成的高孔隙MOF,並進一步開創缺陷性與高孔隙MOF的功能性應用。

金屬有機骨架(Metal-Organic Framework, MOF)孔洞材料,是一種新穎的奈米孔洞材料,可說是奈米級大小的房屋或海綿,單一克數最高可達足球場大小的表面積,因此工業化應用前景極高,在分離、吸附、催化、光電、醫藥與能源上均有豐富的應用發展。但是合成建構MOF這樣的奈米房子上,一般需耗費半天至數天的化學反應時間。

本研究提出了建構奈米房屋的全新快速製造程序。在MOF晶體結構中具有局部缺陷的狀態下,聚焦研究於缺陷誘導MOF合成特性,進而提升與開發MOF材料在物理、機械、電子和光學材料性質以及化學活性。研究發現在探究的實驗程序下,可以突破合成以往難以合成的高孔隙MOF,並進一步開創缺陷性與高孔隙MOF的功能性應用。

研究發現了一個MOF孔洞材料的新現象——在溫和條件下,通過化學鍵連接的變動,可以實現MOF整體晶格結構的極快速的重排(圖一)。該研究系統活化(即溶劑交換和脫附)後,在數分鐘內,結構便可以從具有低孔隙率與非序化的MOF轉變為高孔隙率與結晶性的異構體,讓比表面積顯著從大約725 m2/g大幅增加至2,749 m2/g。藉由光譜測量結果顯示,此MOF系統晶格重排涉及到具有缺陷骨架的亞穩中間態生成,其因配位不飽和金屬位置上之溶劑去除後而產生,這兩種不同MOFs拓撲結構之非晶性—結晶性間的轉換,可以通過活化與再浸入極性溶劑中完成數次可逆的結構循環轉變(圖二)。

此研究第一次發現MOF孔洞材料可以在僅僅數分鐘內,達成比擬變形金剛般的結構變形轉化,實用性上可以利用此新發現來合成以往在實驗上難以合成出來的MOF孔洞材料,並進一步開創缺陷性與高孔隙MOF的基礎化學以及功能性應用。

原文出處:研究發展處研究亮點網

原始連結:http://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/42

林嘉和 教授 | 化學系林嘉和教授專精的研究領域是結晶性孔洞結構化合物,簡單說就是合成奈米孔洞材料與發展應用。2006年自美國博後研究學成歸國後,曾於中原大學化學系任教13年,2019年8月起受聘於臺師大化學系,是台灣研究金屬有機骨架(MOF)孔洞材料先驅學者之一。他曾經擔任國際MOF研究委員會委員,2020年更分別在頂尖期刊Nature Chemistry以及Matter各有一篇論文發表。目前林教授積極與國內外的學者合作開發MOF孔洞材料的工業化應用,持續貢獻個人無機化學專長。

上一筆
下一筆
上一筆