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科技工作者之家 2020-03-30
来源:材料科学与工程
基于传统的结晶学理论,机械搅拌和剪切流容易引起二次成核,不利于晶体的生长。该项研究突破了人们对传统晶体生长机理的认知,发现在聚离子液体存在的环境中,不断的搅拌会让晶体生长的更快、更大。为简单、高效合成高质量的单晶提供了新思路。
近日,北京理工大学化学与化工学院新引进的特立学者,孙建科教授以《Enhancing crystal growth using polyelectrolyte solutions and shear flow》为题,将其“剪切促进晶体生长”研究成果发表于《Nature》杂志上(Nature 2020, 579, 73-79)。孙建科为该论文的共同第一作者。此研究是与韩国基础科学研究院Bartosz Grzybowski 教授合作完成。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2042-1制备高质量且粒径尺寸合适的单晶在有机合成以及制药等相关行业至关重要。高质量的单晶生长通常需要数小时至数天,且在此期间要避免外界环境扰动。基于传统的结晶学理论,机械搅拌和剪切流容易引起二次成核,不利于晶体的生长。孙建科教授的该项研究突破了人们对传统晶体生长机理的认知,他发现在聚离子液体(Poly(ionic liquid),PIL,一类聚电解质材料)存在的环境中,不断的搅拌会让晶体生长的更快、更大。
该方法以小分子均苯三甲酸(trimesic acid,TA)结晶为例,在咪唑类聚离子液体(3-氰甲基-1-乙烯基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐聚合物)存在下,经过10 min的搅拌(400 rpm),均苯三甲酸晶体的平均尺寸可达到440微米,较相同条件下不搅拌的体系获得的晶体平均尺寸增长了171倍,该方法也远快于传统的室温挥发方法(一般需要数天)。
更为重要的是,该方法具有很好的普适性,对无机、有机、无机-有机杂化晶体甚至一些蛋白质晶体都具备促进生长的效果。不仅如此,该方法还能有效提升多孔晶态材料的比表面积,譬如对于有机多孔分子笼,金属-有机框架以及共价有机框架等,相较传统方法, 该方法合成出来的孔材料其BET比表面积提升了24-51%。
图:在聚离子液体存在下剪切应力促进均苯三甲酸晶体的生长来源:mse_material 材料科学与工程
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4NDk3ODEwNQ==&mid=2698825430&idx=1&sn=08f2066f59d57dabe29db77f3a962b58&chksm=baf69e008d81171646b57b56afcefbcb0fa73eafdb6cbc9682d6b27d70f27db5f637de1d17f2#rd
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