剑桥大学利用共混液态MOFs生产新型玻璃材料-【zixun】
金属有机骨架(MOFs)是由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接,形成的一类具有周期性网络结构的结晶多孔材料。目前已知的MOF材料超过60,000种,大多数研究人员正致力于天然气储存材料的实验和理论研究,包括二氧化碳的封存和氢气的储存,甚至用在沙漠中收集水。虽然迄今为止的研究主要集中在固态MOF上,但由于微晶粉末不能烧结,难以结构化,工业上很难对其进行处理。
奇怪的是,通过观察几个熔融结晶MOF的结构,及与其组成相同的液体,发现这些液体冷却后会产生一系列新的气体。与其人们熟知的晶体MOF相比,液态MOF所呈现的玻璃态极具新颖性,更引起早期人们对液态反应性的研究,特别是液体MOF如何与另一种MOF组分相互作用。
为了进一步研究,国际研究团队利用一对晶体MOF(ZIF-4和ZIF-62),在加热过程中用I22和I15-1光束线对其进行研究。其相关研究成果发表在Nature communications《自然通讯》杂志上,结果证明液态MOF可以与另一组分的MOF混合,形成可控的玻璃化转变的MOF玻璃。
剑桥大学利用共混液态MOFs生产新型玻璃材料
时间分辨x射线衍射:a.ZIF-62在25°C至600°C时的温度分辨WAXS(广角X射线衍射)曲线;b.(ZIF-4-Co)(ZIF-62)(50/50)的相应数据;c.(ZIF-4-Co)(ZIF-62)(50/50)的温度分辨SAXS曲线;d.(ZIF-4-Co)(ZIF-62)(50/50)的温度分辨体积分数分布。图片来源:第三代同步辐射光源(Diamond Light Source)
利用新技术研究非晶相MOFs
剑桥大学的材料化学家Tom Bennett博士,其研究小组以非晶态MOF的合成、表征和应用,特别是液态MOF和玻璃态MOF为研究方向。他的目的主要有两个:丰富MOF研究多样化,不再只对晶态进行研究;并深入探索该领域与玻璃、离子液体和聚合物的界面。在这项研究中,他的团队在Diamond上进行原位变温实验来研究两个融合在一起的MOF组分,并跟踪其温度变化。
针对两个非晶MOF组分间的相互作用的研究十分复杂,需要利用新技术,研究小组之前就使用过I15-1光束线来获得其材料的对分布函数(PDF),即单位体积内两个原子之间距离的分布函数,无论该材料是否为结晶。(一般用来比较粒子之间的分散程度,或者与对相互作用积分,得到总相互作用能。)
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