2013年8月12日
科学家运用同样的原则,小苏打去除食物气味从冰箱或硅粉使水分远离电子设备擦洗二氧化碳从化石燃料发电厂的废气。是这个任务的优秀候选材料的类被称为多元金属有机框架或者MTV-MOFs,由奥马尔Yaghi发现,世界上最引亚博网站下载述化学家之一。然而,寻找和合成的最佳MTV-MOFs这个任务一直是一个重大的挑战。这令人沮丧的状态改变。
伯克利分校的科学家们已经开发出一种方法,准确预测的吸附性质水晶MTV-MOF系统。(图片由Hyun Jung Kim)
Yaghi和一组研究人员在劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校(UC),包括杰弗里·雷蒙和Berend Smit已经开发出一种方法,准确预测水晶MTV-MOF系统的吸附特性与不同的功能组合化学合成组。
”结合固态核磁共振(NMR)测量与计算模拟我们发现了一种分子水平上决定MTV-MOFs底层结构的战略可以帮助优化函数,“雷蒙说,拥有与伯克利实验室的环境能源技术部门共同任命和加州大学伯克利分校的化学与生物分子工程系和NMR专家。“我们的方法是第一步在解决空间障碍的更一般的问题在其他订购材料,包括介孔材料功能化聚合物和缺陷分布在水晶固体。”亚博网站下载
雷蒙和Yaghi,现在与伯克利实验室的材料科学部门和加州大学伯克利分校化学系,是相应亚博网站下载的科学描亚博老虎机网登录述这项研究的一篇论文的作者名为“映射官能团的有机框架。“合作者Xueqian香港、古建邓、Fangyong燕,Jihan金姆,约瑟夫·斯威舍和Berend Smit。
财政部晶体分子系统,可以作为存储容器像海绵一样的捕捉能力和含有二氧化碳和其他气体。他们由一个金属氧化物中心有机“连接器”分子包围,形成一个高度多孔三维水晶框架与一个非常大的内部表面积-糖cube-sized财政部展开和夷为平地将毯子一个足球场。
在他的开创性工作,Yaghi发现多个连接器具有不同官能团可以被纳入同一MOF水晶,创建一个可以增强选择性的异构内部二氧化碳捕获相对于纯材料的混合物。亚博网站下载
“MTV-MOFs不同功能显示增加选择性分离二氧化碳的能力由两个数量级与相应的单组分mof相比,“Yaghi说。
MTV-MOFs的选择性吸附二氧化碳,或其他一些特定类型的气体,如甲烷、氢,是由不同类型的连接器官能团和这些链接器组空间分布或“分配”MOF的晶体结构。然而,这样的分配是不知道,不能确定通过衍射或其他传统的科学工具。
“问题链接器分布与MTV-MOF是材料科学的一个更大问题的一个例子,这是如何量化障碍时,分布在一个系统,是由结晶顺序,“Yaghi说。亚博网站下载亚博老虎机网登录”MTV-MOFs,要不是连接器上的不同的官能团都表现出相同的普通水晶订单,这意味着衍射方法不能辨别链接器的分配。”
解决问题的空间分配在MTV-MOFs, Yaghi雷蒙和各自的研究小组,与合作者Smit,伯克利的能源前沿研究中心主任,国际权威分子模拟。Smit还持有约伯克利实验室材料科学部门。亚博网站下载亚博老虎机网登录
研究小组利用NMR-computational分摊的方法生成三维地图官能团之间的内部和毛孔MTV-MOF系统的模型。他们发现,根据官能团的组成及其比例,MTV-MOFs存在集群,随机或交替分摊,这些所得的控制二氧化碳的吸附选择性,观察Yaghi的早期作品。
“我们在MTV-MOFs预示着分配的控制工作,这样我们可以想象合成结构的区域分配不同的功能和并列最终带走的复杂功能,“Smit说。“我们的研究也显示,联合NMR-computational方法也许能够提供类似的见解的在自然界中许多其他系统疾病排除了在分子水平上了解材料的结构。”
Yaghi补充道,“这是我们当前的视觉设计和合成材料制作的异质性,以执行复杂的分子操作如识别、排序和计算基板。”亚博网站下载
这项研究支持通过气体分离与清洁能源技术中心,一个能源前沿研究中心由美国能源部科学办公室。亚博老虎机网登录
来源:http://www.lbl.gov/