王训团队利用无机亚纳米线有机凝胶锁定易挥发有机分子

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近日，清华大学化学系王训教授课题组在无机亚纳米线研究方面取得了新突破，发现碱土金属-多酸团簇亚纳米线能够有效锁定包括正辛烷、汽油等在内的易挥发有机液体，形成自支撑的弹性凝胶。
         凝胶是一类具有广泛应用背景的物质存在形态。目前，人们已经可以通过高分子等凝胶剂轻松地制备得到具有优异力学性质的水凝胶。与水中的氢键相比，种类及功能更为丰富的非极性挥发性有机分子之间的分子间作用力通常较弱，阻碍了挥发性有机液体的固化行为和新型功能性有机凝胶材料的开发。到目前为止，有机凝胶和水凝胶相比，在分子锁定效率、机械性能和整体化学/物理性能方面仍存在很大差距。

图1.亚纳米线有机凝胶的照片、结构及应用

          亚纳米尺度材料指的是至少在一个维度上特征尺寸接近或小于1纳米的材料。这个特征尺寸接近高分子链/DNA单链的直径，并与无机晶体单晶胞的尺寸相当，有可能成为打破高分子材料与无机材料之间界限的切入点。王训课题组提出了亚纳米尺度材料的概念，证明了无机亚纳米线由于具有与高分子链相似的一维拓扑结构及特征尺寸，在宏观性质上可表现出众多与高分子体系类似的特征，如高粘度、高柔性、可组装、可成膜、可凝胶化等。
         基于课题组发展的良溶剂-不良溶剂合成方法学及团簇组装策略，本工作通过简单的室温反应制备了由磷钨酸阴离子纳米团簇、碱土金属离子为无机骨架的亚纳米线，该方法易于放大，在实验室一次可以合成千克级别的亚纳米线。通过简单分散和静置，质量百分比低至0.5%左右的亚纳米线即可锁住易挥发的有机液体，如汽油、正辛烷、环己烷等，形成自支撑的弹性凝胶。凝胶中亚纳米线通过物理交联形成三维网络状结构，亚纳米线中的碱金属离子、多酸团簇及表面配体提供了多级相互作用，促进了有机凝胶的形成。通过增加原料量，在实验室可制备出大尺寸的有机凝胶，并且凝胶中的亚纳米线可多次回收利用。该类凝胶展现了良好的稳定性，在密闭的容器中贮存两个月还可以稳定存在，在低至液氮的温度下冷冻解冻后没有明显的损坏。该研究使亚纳米线有望应用于新型功能化有机凝胶、有机液体安全储存和运输以及溢油回收等多个重要领域。
        7月1日，该研究工作以“利用亚纳米线基有机凝胶锁着易挥发有机分子”(Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels)为题发表在《科学》（Science）期刊上。
        清华大学化学系博士后张思敏为第一作者，王训教授为通讯作者。天津理工大学匙文雄研究员参与了工作。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后科学基金的资助。
         论文链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.abm7574


             文章来源：清华大学
        王训教授，国家杰出青年科学基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授，清华大学化学系系主任，有机光电子与分子工程教育部重点实验室主任。94-01年就读于西北大学，获本科、硕士学位；04年获清华大学博士学位。04-07年任清华大学化学系助理研究员、副教授，07年起任清华大学教授。主要从事无机纳米材料化学研究，在无机纳米晶体新结构控制合成、形成机制及组装领域取得了一些进展。共发表SCI论文200余篇。兼任《化学学报》编委、《中国科学：化学》编委，Editorial board member of Advanced Materials，Editorial board member of Nano Research，Scientific Editor of Materials Horizon，Associate Editor of Science China Materials，Associate Editor of Science Bulletin，中国化学会副秘书长。曾获Hall of Fame ( Advanced Materials，2018)、国际溶剂热水热联合会ISHA Roy-Somiya Award ( 2018)、Fellow of the Royal Society of Chemistry (2015)、首届高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)青年科学奖(2015)、第八届“中国化学会-巴斯夫青年知识创新奖”、2009年第十一届中国青年科技奖、2009年“中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖”、2005 IUPAC Prize for Young Chemists等奖励和荣誉。