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    北京同步輻射1W2A小角實驗站助力用戶在有機凝膠領域取得新進展
    2022-07-07|文章來源:多學科中心 |【
     

     

      揮發性有機分子之間的作用力通常較弱,這嚴重阻礙了揮發性有機液體的半固化和功能有機凝膠材料的發展。通過水分子與凝膠劑之間的物理交聯從而形成氫鍵網絡,是制備水凝膠的一個重要途徑。近日,清華大學王訓課題組通過一種簡單的室溫反應制備了堿土金屬陽離子橋接多酸陰離子納米團簇(AE-POM)亞納米線,利用該種納米線形成類似于聚合物的三維網絡,能夠有效地鎖定汽油、辛烷等十多種有機液體,并在沒有任何添加劑的情況下獲得了一系列自支撐、彈性、穩定的有機凝膠。在凝膠的研究過程中,小角X射線散射(SAXS)為解釋其力學性能機理起到了重要的作用。本項成果所用的SAXS測量在北京同步輻射裝置(BSRF)1W2A束線小角X射線散射實驗站完成。 

      這項研究可實現批量生產千克級的封裝有機液體的凝膠。該凝膠中的納米線可通過簡單的蒸餾及離心回收,可循環使用十次以上,該策略可有效用于有機液體的半固化和溢油回收。該項研究以“Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels”為題,于2022年7月1日發表在Science上 (Science 377:100–104 (2022)), 第一作者是張思敏博士。 

      論文作者首先制備了Ca-POM納米線,并通過透射電子顯微鏡(TEM)、原子分辨率球差校正透射電子顯微鏡(AC-TEM)、原子力顯微鏡(AFM)和小角X射線衍射(SXRD)等技術研究了納米線的形貌,然后通過X射線光電子能譜(XPS)和能量色散X射線能譜(EDS)獲得了納米環的元素組成,通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(MALDI-TOF-MS)研究了納米線的組分及結構。此外,還對Ca-POM納米線凝膠進行了分子動力學(MD)模擬。SAXS結果顯示,當凝膠薄片被拉伸時,二維SAXS圖案是各向異性的,表明凝膠中的納米線在張力作用下有一定程度的取向。所以在力學測試中發現,對于相同的凝膠,拉伸彈性模量高于壓縮彈性模量。這正是因為當凝膠拉伸后,納米線網絡在張力作用下發生了一定的取向,而當凝膠被壓縮時,納米線沒有有序排列以抵抗壓縮。 

      相關工作鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7574 

      

      圖1. Ca-POM納米線-有機液體凝膠。             圖2. 納米線-辛烷凝膠的彈性展示,散射圖像和力學性能。 


     
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