2019-03-25 21:44:01
科学家将主体材料中的催化剂挤入瓶中

伦敦玛丽皇后大学的科学家已经找到了一种方法,可以将催化剂置于不同主体材料的最细小的孔隙中,就像模型船在瓶子内展开一样。

当材料在如此小的范围内被限制,并且没有破坏主体时,它们的行为与它们的体积形式不同,这是科学家称之为限制效应的变化。

在催化剂的情况下,催化剂是加速化学反应的材料,限制可能导致更高的活性。它使颗粒保持良好分离,这是防止催化功能丧失的关键,并保留其高反应性表面。

类似地,当材料在狭小的空间中被挤压时,其电子不能像往常一样自由移动,并且材料的发光颜色可能会发生变化 - 这种效应可用于微型激光器。

这种策略还开辟了多功能材料的可能性,其中客人和主人分别做不同的事情,或者因为客人被限制,主人和客人之间的相互作用可能产生新的特性。

为了说明这种方法,研究人员使用了多孔纳米材料,这些纳米材料就像海绵一样,但在其他分子可以容纳的地方有1纳米口袋。然而,在纳米多孔主体内加载反应性催化剂是具有挑战性的,因为反应条件通常会破坏主体。

该研究发表在Nature Communications上,展示了一个利用热力学来克服这些问题的概念。研究人员意识到他们可以估计宿主在各种反应条件下的稳定性。

该研究由剑桥大学,大连化学物理研究所(中国科学院),新加坡国立大学和新南威尔士大学共同完成。

来自伦敦玛丽皇后大学的首席研究员Stoyan Smoukov博士说:“我们有一些观点认为限制可以改变属性,因为在其他系统中已经看到了这种变化。问题是 - 我们可以采用一般方式吗?尝试并指导研究人员,以便他们能够合成各种功能的大客户,如金属,金属氧化物,硫化物,氮化物,而不会破坏主机?“

使用热力学图表,研究人员开发了一种称为Pourbaix-Enabled Guest Synthesis(PEGS)的概念,其中可以选择条件和前体化合物来破坏宿主。它们包括一个教程系统,演示如何制作各种新的客体/主体组合化合物。

来自大连化学物理研究所(中国科学院)的共同作者傅强教授补充说:“从实际角度来看,PEGS方法将材料化学与功能材料的设计联系起来,用于多相催化等应用。通过PEGS方法获得的限制氧化物纳米结构可以提高催化性能,这对于先进氧化物催化剂的设计具有重要意义。“

其中一位主要作者,剑桥大学的Tiesheng Wang说:“即将到来的影响可能是巨大的。由于量子理论描述了原子到亚原子尺度的自然,有助于在小尺度上实现新的受限状态的工作可能有助于通过实验探索量子世界的基础。“

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