金屬有機(jī)框架（MOF）是近年來(lái)得到廣泛重視的一種新型材料，其納米多孔結(jié)構(gòu)的孔洞大小、形狀、功能都可調(diào)控，這樣就能實(shí)現(xiàn)多種其他材料無(wú)法企及的功能。例如，以可控的方式儲(chǔ)存以及釋放氣態(tài)或液態(tài)化合物，這對(duì)于氣體分離、氫氣儲(chǔ)存甚至靶向藥物遞送都有重要意義。

    一般來(lái)說(shuō)，MOF的吸附能力會(huì)隨著壓力、溫度甚至光照而變化。在正常情況下，外界壓力越大，其吸附的物質(zhì)越多，直到達(dá)到飽和。然而，最近《Nature》報(bào)道了德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)教授Stefan Kaskel為首的德國(guó)和法國(guó)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一種“不正常”的MOF材料，名為DUT-49，它的吸附性質(zhì)堪稱奇特：當(dāng)壓力增加到一定程度后，這種材料會(huì)突然收縮，并“吐出”之前已經(jīng)吸附的氣體。這種氣-固相互作用的新現(xiàn)象被Kaskel等人命名為負(fù)性氣體吸附（negative gas adsorption, NGA）。（A pressure-amplifying framework material with negative gas adsorption transitions. Nature, DOI: 10.1038/nature17430）

DUT-49三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖片來(lái)源：Technische Universität Dresden

    DUT-49由碳骨架和銅原子通過(guò)自組裝而形成，是一種極為多孔的粉末——每1克這種材料的內(nèi)表面積為5000平方米！所以DUT-49能夠吸附相當(dāng)于其重量三分之一的甲烷。

掃描隧道顯微鏡下的DUT-49晶體。圖片來(lái)源：Technische Universität Dresden

    研究人員在測(cè)試DUT-49的氣體吸附性質(zhì)時(shí)，意外地發(fā)現(xiàn)了這種負(fù)性氣體吸附現(xiàn)象。當(dāng)壓力增加到一定程度后，材料突然收縮并釋放之前已吸附的氣體，進(jìn)而進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的壓力。一開(kāi)始研究人員們還以為是儀器發(fā)生了故障，因?yàn)閿?shù)以百萬(wàn)計(jì)的其他能吸附氣體的材料中沒(méi)有一種會(huì)表現(xiàn)的如此“不正常”。然而，接下來(lái)的進(jìn)一步原位粉末X-射線衍射以及氣體吸附試驗(yàn)及模擬，確認(rèn)了這種負(fù)性氣體吸附現(xiàn)象的確存在。

    該團(tuán)隊(duì)也已經(jīng)能夠描述其機(jī)制：存儲(chǔ)在DUT-49孔洞中的氣體分子與其固體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很強(qiáng)的相互作用；隨著吸附的氣體量增加，這種相互作用會(huì)干擾該DUT-49中的原子排列，并最終導(dǎo)致其收縮。這個(gè)特殊的吸附行為已經(jīng)被丁烷和甲烷的測(cè)試所證實(shí)，預(yù)計(jì)也適用于其他氣態(tài)化合物。

    DUT-49這種“不正常”的吸附性質(zhì)，開(kāi)辟了研究這種彈性多孔MOF材料及其獨(dú)特性能的新研究領(lǐng)域，可能會(huì)促進(jìn)救生器材、納米開(kāi)關(guān)、納米傳感器等等應(yīng)用領(lǐng)域的研發(fā)。

    1. http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17430.html

    2. https://tu-dresden.de/tu-dresden/newsportal/news/wissenschaftler-der-tu-dresden-erforschen-neues-phaenomen-im-bereich-der-poroesen-materialien-veroeffentlichung-in-nature

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