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麻省理工学院化学家创造新的适应性金属笼凝胶

时间：2021-11-24 17:25:09 来源：

通过将金属有机笼与长聚合物股线（蓝色）连接，MIT化学家制造了一种新型凝胶。环回到笼的红色聚合物股线可用于通过添加其他分子进一步定制凝胶。

通过将聚合物凝胶与由金属基簇提供的刚性结构的柔韧性相结合，来自麻省理工学院的化学家制造了一种新材料，该材料可以非常适合于一系列可能的功能，包括药物释放，储气或水过滤。

这些新的凝胶，称为polymocs，是一种称为金属凝胶和金属有机笼的两种材料的杂交。由与聚合物链结合的金属组成的金属凝胶与常规聚合物凝胶相似，因为它们是柔软的和粘弹性的。另一方面，金属有机笼（MOC）具有刚性结构并倾向于形成晶体材料。

“人们可以想象一类借用那些借用的材料，因此具有MOC的明确，自组装的结构，但也具有聚合物凝胶的粘弹性。这就是我们试图制作的，“罗杰·约翰逊，罗杰·约翰逊说，罗杰·约翰逊，自然产品化学助理教授和一个描述自然化学中凝胶的纸张的高级作者。

本文的牵头作者是麻省理工学院化学部的研究生亚历山大朱科维特基。

自我汇编

创建这些凝胶，约翰逊及其同事，建立在称为Metallo-Suprametular集装箱的技术上。该策略允许化学家通过混合附着于称为配体的分子的聚合物来产生三维形状，例如球体，桨式轮毂或金字塔。这些配体是可以与金属原子结合的有机化合物。

在这种情况下，研究人员使用含有两个吡啶基团的配体，每个吡啶基团可以与金属钯结合。钯的每个原子可以形成与另外四个配体分子的键，产生具有12个钯中心和24个配体的刚性，笼状结构。然后，这些中心通过柔性聚合物接头与其他金属笼连接，形成大，自组装的凝胶。

虽然每个金属笼可包含最多24个聚合物链，但只有四个或五个连接到其他金属笼。这些额外的，未连接的链环回来并附在自己的金属笼中。这些环通常被称为“缺陷”，但麻省理工学院团队认为它们是通过用新的功能分子替换这些链中的一些配体来增强材料的机会。

“我们可以采取与另一个笼子没有连接的配体并换掉那些，同时保持相同的净连接连接点，”约翰逊说。“这使我们能够在组成方面制作完全不同的材料，但它们可以具有相同的机械性能。”

“通过使用这些金属有机笼的集群，他们能够提高功能，这使得材料具有截然不同的性质和机械行为，”凯旋科学与工程教授，凯旋西方院大学的教授没有参与工作。“这是一个非常优雅，基本科学，打开了整个方向的门。”

在这项研究中，研究人员将荧光分子添加到芘代替一些环状配体。“当我们在荧光灯下看待这种材料时，它的荧光灯，但机械地与没有芘配体的材料相同。模量是相同的，膨胀行为是相同的，但现在这种凝胶是强烈的荧光，“约翰逊说。

许多可能的功能

约翰逊说，这种技术足够普遍认为，研究人员应该能够增加具有不同功能的许多其他类型的分子。通过设计它们将药物分子存储在金属笼内，这种凝胶可用于药物递送。它们还可用于储存诸如氢气的气体，这对于在燃料电池运行的汽车中是有用的。通过添加可以抓住和分离重金属的配体，这些凝胶也可以适用于净水。

“你可以想象将各种各样的东西连接到那些额外的配体上，以适应感兴趣的应用的材料，”约翰逊说。“目前我们正在努力制作配套，这些配体不仅可以将某些东西放在笼子之外，也可以在笼子里面，所以我们可以从这些笼子里面受到控制的吸收或释放分子。”

研究人员还在尝试使用不同的笼形状的类似凝胶，以及使用除钯之外的金属的开发材料。这些金属包括锌，铁和钛，比钯更便宜，潜在的毒性较小。

出版物：Aleksandr V.Zhukhovitskiy，等，“”高度分支和富含循环的凝胶，通过聚合物连接的金属有机笼“自然化学”，2015年; DOI：10.1038 / nchem.2390

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