9月10日消息,京都大学iCeMS研究所团队在《美国化学会志》(JACS)发表研究,通过分子表面设计实现了无溶剂I型多孔液体黏度超过1亿倍(八个数量级)的调控,且全程保留材料固有孔隙率,破解了多孔液体领域黏度与孔隙率难以独立调节的长期难题。
多孔液体将永久性纳米空腔与流动性结合为一体,在二氧化碳捕集、气体分离等化工过程前景广阔。但其黏度必须针对应用定制:低黏度便于泵送循环、传热传质更快;高黏度则在膜成型时提供结构稳定性。以往稀释含溶剂多孔液体虽降黏,却同时稀释了多孔组分的浓度;而在多孔分子自身构成流体的I型无溶剂体系中,改变接枝聚合物链长又会引入非多孔材料、甚至堵塞孔道。
研究团队以立方八面体铑基金属有机多面体(MOP)为多孔主体,在每个MOP核心上接枝12条柔性聚乙二醇(PEG)链,形成星形分子并组装成无溶剂I型多孔液体。他们组合四种MOP表面基团与两种PEG链长,构建出八种多孔液体——在每个链长系列内,MOP空腔、链数量与长度完全一致,仅MOP表面官能团不同。
结果显示,表面基团的改变足以重塑聚合物链构象:不同基团驱动PEG链或在MOP表面紧密压缩、或向相邻MOP伸展缠结,从而分别产生低黏度或高黏度液体,而MOP孔道始终开放。第一作者包括项相梅(Xiangmei Xiang)、Zaoming Wang博士、浦山健二(Kenji Urayama)教授与古川修平(Shuhei Furukawa)教授,合作者分布于日本和台湾地区。
该成果的工业意义在于:黏度不再是多孔液体的"先天属性",而成为可独立编程的分子参数,气体分离介质可在保持吸附容量的前提下匹配不同工况的流变需求,为多孔液体的工程化应用扫清一项核心材料学障碍。
(来源:Phys.org)