沸石是一種含有水架狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，最早發(fā)現(xiàn)于1756年。瑞典礦物學(xué)家克朗斯提（Cronstedt）發(fā)現(xiàn)有一類天然鋁硅酸鹽礦石在灼燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，因此命名為沸石。由于沸石的晶體結(jié)構(gòu)中有許多空腔（籠）和連接空腔的通道，因此常用作分子篩，可以吸取或過濾其他物質(zhì)的分子。

4A分子篩

到目前為止，沸石已被制成3D或2D材料。不過就在最近，沸石又有了一種新形態(tài)——佐治亞理工學(xué)院、斯德哥爾摩大學(xué)和賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員在設(shè)計(jì)合成來組裝二維沸石材料的過程中，意外發(fā)現(xiàn)了具備納米管(1D)形狀的晶體分子篩，他們將該研究結(jié)果發(fā)表在1月6日的《科學(xué)》雜志上。

沸石納米管的優(yōu)勢(shì)

前面提到了沸石可以作為分子篩使用，這主要得益于它的晶體多孔結(jié)構(gòu)，可利用不同大小、形狀和連接的孔隙來區(qū)分不同大小的分子，從而把不需要的分子從需要的分子中分離出來。

而這種意外誕生的、從未在自然界中出現(xiàn)及被合成過的新型一維沸石材料，不僅擁有多孔壁，而且具有管狀結(jié)構(gòu)。佐治亞理工學(xué)院化學(xué)與生物分子工程學(xué)院的首席研究員兼教授Sankar Nair說：“沸石納米管可以用來制造全新類型的納米級(jí)組件，它可以控制質(zhì)量、熱量或電荷的傳輸，不僅可以控制管道的長度，還可以通過穿孔壁進(jìn)出。”

為了探清這種沸石納米管的形成原理，研究人員對(duì)納米管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)納米管壁有一種獨(dú)特的、從未在在3D或2D沸石中見過的原子排列方式，正是這種排列方式使得沸石形成一維管而不是二維或三維材料。“這種新型納米管獨(dú)特且定義明確的結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)沸石納米材料提供了令人興奮的想法和機(jī)會(huì)，”斯德哥爾摩大學(xué)的聯(lián)合研究員Tom Willhammar說。“通過進(jìn)一步的工作，我們希望能夠獲得不同孔徑、形狀和化學(xué)性質(zhì)的沸石納米管。”

目前研究人員已經(jīng)看到了這種材料在許多實(shí)際應(yīng)用的潛力。“沸石納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)屬性使得它在膜分離、催化、傳感和質(zhì)量或能源設(shè)備中具有很大的應(yīng)用潛力。”佐治亞理工學(xué)院的Christopher W. Jones教授說，“同時(shí)這種材料可能會(huì)有獨(dú)特的機(jī)械性能，使其就像碳納米管一樣在復(fù)合材料中得到應(yīng)用。”

資料引用自

科學(xué):2022年1月6日DOI: 10.1126 / science.abg3793

粉體圈Coco編譯

本文為粉體圈原創(chuàng)作品，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載，也不得歪曲、篡改或復(fù)制本文內(nèi)容，否則本公司將依法追究法律責(zé)任