多孔材料在分離提純、吸附和氣體存儲等領域有著重要的應用價值,但多孔材料通常是固體的專利,在有些場合應用起來并不方便。而液體由于其流動性,除了分子間的微小空隙,內部任何稍大的孔洞都會被迅速填充,無法永久性保留,例如一杯啤酒或者汽水中的氣泡很快就會從液體中逃逸。

圖片來源:http://oasys2.confex.com/acs/238nm/techprogram/P1273327.HTM
來自英國的研究人員提出了一個新奇的設想:將液體與多孔固體材料混合,或許可以將孔洞永久性保留在液體中。但要想將這一想法變成現實,需要克服一個難題,那就是如何阻止溶劑分子進入固體材料的孔洞。研究人員為此選取了一種分子中心有直徑約0.5納米孔洞的有機分子,將其與另一種名為15-冠-5的有機物混合。15-冠-5在室溫下是液體,能夠溶解這種多孔材料,但是其分子尺寸太大,無法進入孔洞,這樣一來孔洞就得以永久性保留在液體中。實驗表明,與純的冠醚相比,溶解多孔材料后液體中孔洞的含量確實明顯增加,對甲烷的溶解能力也有顯著提高。由于15-冠-5粘度大且不易合成,研究人員隨后又改進了制備方法,用更為常見的溶劑得到了粘度更低的多孔液體。

一種多孔液體的合成
a)合成固態多孔材料;b)固態多孔材料與15-冠-5按照分子數1:12的比例混合,得到多孔液體
女王大學化學化工學院的Stuart James教授說:“含有永久性孔隙或微孔的材料在技術上很重要,它們用于制造從塑料瓶到汽油的各種各樣產品。然而,直到最近,這些多孔材料都是固體的,而我們所做的,就是‘從底層開始’設計一種特殊液體,我們設計了組成這種液體的分子形狀,使得這種液體不能填滿所有空間。因為我們讓這種液體充滿空洞,我們發現它能溶解異常大量的氣體。最初的這些實驗是為了理解這種新材料類型,而其成果則指明了依賴于氣體溶解的遠期應用。
“還需要再有幾年的研究,但如果我們能為這些多孔液體找到應用,它們就能導致新的或是改進的化學工藝。最起碼,我們已經成功示范了一項嶄新的原理——通過在液體里創造孔隙,我們能顯著增加它們對氣體的溶解度。這些優異的特性顯示出令人感興趣的遠期應用。”
來源:材料科學網,整理自網絡