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许景三JACS:将配位键引入氢键网络

近年来,以超分子化学为基础的多功能材料领域发展迅速。尤其是超分子薄膜类材料,由于其具有独特的超分子特征,在各个领域均有广泛应用前景。超分子主要由较弱的非共价分子间作用力(氢键、范德华力、库仑力等)结合,因此超分子材料普遍为纳米-微米级的粉末。而在这基础上的超分子薄膜的制备通常需要在一定基底的支撑。这种方法得到的超分子薄膜较脆弱,阻碍了其进一步应用。由此,合成具有优良机械强度的超分子薄膜无论从科学研究还是材料应用的角度均具有重要意义。近日,昆士兰科技大学许景三教授团队将银-氮(Ag-N)配位键引入到三聚氰酸-三聚氰胺(CAM)组成的氢键超分子网络里,制备了一种具有特殊光学特征的自持超分子薄膜。


CAM超分子具有很高的稳定性,在常规溶剂中几乎不溶解,得益于其蜂窝型的氢键网络。而银离子,则会通过比氢键更强的配位作用取代CAM超分子中CA分子的氢原子,形成 [CA-Ag-M-Ag-CA-Ag] 一维链状结构,该一维链和毗邻的链以氢键及π键相连接,从而在三维空间延伸,形成CAM-Ag超分子纤维。相比较于脆性的纳米级的CAM超分子,CAM-Ag超分子纤维的长度可以达到毫米级别,且具有一定的韧性。


团队研究还发现,由于Ag+占据了CA中氢的位置,释放的氢离子会使反应溶液酸化,阻碍反应的进一步发生。通过引起氨水作为氢离子吸收剂,在不沉淀出银离子的基础上推动反应进一步进行,最终将CAM纳米棒完全转化为CAM-Ag超分子纤维,这些超分子纤维在水溶液中会自发交织组成一个可以自持的超分子水凝胶,经干燥过程得到一个厘米级且具有柔韧性的超分子薄膜。他们还发现该超分子薄膜具有近红外光选择性透过的光学特征,而在紫外和可见光区,其透过率几乎为零。鉴于其简单的制备方法和优异的机械性能以及特殊的光学特征,该超分子薄膜有望应用于红外光学材料以及辐射冷却领域。该研究成果为配位/氢键结构超分子体系的自组装提供了指导意义。


这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上,文章的第一作者是昆士兰科技大学博士研究生孟鹏


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Crystal Transformation from the Incorporation of Coordinate Bonds into a Hydrogen-Bonded Network Yields Robust Free-Standing Supramolecular Membranes

Peng Meng, Aidan Brock, Yanan Xu, Chenhui Han, Su Chen, Cheng Yan, John McMurtrie, Jingsan Xu

J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 479-486, DOI:10.1021/jacs.9b11336


许景三博士简介


许景三,昆士兰科技学大学化学与物理系副教授。2013年于中科院上海硅酸盐研究所取得博士学位,2013到2016年在德国马普胶体与界面研究所工作,2016年3月就职于昆士兰科技学大学。目前的研究领域是太阳能燃料转化,胶体与界面化学,超分子化学等。在相关领域发表论文60余篇,包括以通讯作者发表的JACS, Angew. Chem., Adv. Mater.等。


许景三

https://staff.qut.edu.au/staff/jingsan.xu

更多信息可参考

https://www.researchgate.net/profile/Jingsan_Xu


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