探臻快讯｜王训课题组Science：无机亚纳米线锁定易挥发有机液体形成凝胶

快讯简报

易挥发有机溶剂分子较难形成凝胶，这些溶剂在储存与运输方面存在潜在的风险，同时限制了新型功能凝胶材料的开发。

7月1日，清华大学王训课题组在《科学》（Science）杂志上在线发表了题为“用基于无机亚纳米线的有机凝胶锁住易挥发有机分子”的研究文章。该工作报道了一种室温宏量合成无机亚纳米线的方法，通过简单的分散和静置，纳米线就可以锁住易挥发有机液体，形成自支撑的弹性凝胶，可放大制备，纳米线能重复回收利用，能有效应用于有机液体半固化及水面溢油回收。

研究内容

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研究背景

凝胶材料在柔性电子器件，组织工程，储能器件，隔热保温等领域具有广泛的应用。目前，人们已经可以利用高分子或无机纳米材料等凝胶剂轻松地制得到各种各样的水凝胶。有机溶剂广泛应用于我们的日常生活和工业中，如有机燃料和有机合成原料。然而，与水相比，易挥发有机溶剂分子之间的分子间作用力较弱，更难形成凝胶。这些溶剂在储存与运输方面存在潜在的风险，同时限制了新型功能凝胶材料的开发。

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研究成果

基于大量的前期研究工作，王训团队最近发展了一种合成由碱土金属离子、多酸阴离子纳米团簇和油胺组成的亚纳米线的方法。该方法简单易操作，可室温宏量合成亚纳米线，这在实际应用中十分重要。通过简单的分散及静置，即可将易挥发的有机溶液锁住，形成自支撑的弹性凝胶，有机溶液可以通过蒸馏和离心进行分离，而纳米线可以循环使用十次以上。并且凝胶的稳定性很好，在密闭容器中能够贮存两个月以上，置于液氮温度下也没有明显的损坏。该策略可以用于有机液体的安全运输和储存以及水面的溢油回收。

如上图所示，凝胶内部是三维网络状结构，亚纳米下线互相交错，而液体填充在囊泡一样的空隙中。亚纳米线可以用于锁住多种有机液体，例如环己烷，正己烷，甲苯，汽油，正丙醚等等。凝胶不仅在室温下具有很好的额稳定性，在低温下也具有很好的稳定性。该策略也可以用于大尺寸的亚纳米线-有机液体凝胶的制备，在溢油回收方面可以很好地应用。

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研究创新点

1.首次发展了一种室温宏量合成亚纳米线的方法，有效的提高了安全性，降低了成本，这对后续实际应用具有重要意义。

2.凝胶制备过程只需要简单的分散和静置，无任何添加剂，且凝胶自支撑并具有弹性，与之前报道的高溶剂含量的凝胶相比不仅极大地简化了制备过程，还提高了力学性能。

3.进一步深入了亚纳米线的类高分子性质，为后续打破传统无机材料与高分子材料之间的壁垒奠定了基础。

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总结与展望

亚纳米线直径接近单晶胞尺寸，长径比可达数千，尺寸接近线型高分子链表面原子暴露率接近100%，能像高分子和生物大分子一样进行组装，也可以通过一些加工高分子的方法进行加工。该研究利用亚纳米线困住易挥发的有机液体，将亚纳米线的类高分子性质进行了进一步的拓展，研究人员不断积累，不断探索，努力打破传统无机材料与高分子材料之间的壁垒，将两者的性质巧妙的进行了结合。该方法也为后续无机亚纳米线凝胶的制备及应用提供了奠定了更加坚实的基础，创造了新的机遇。

相关信息

作者简介

王训教授课题组

王训教授，清华大学化学系教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授。长期从事无机亚纳米材料合成及组装相关的工作。在Nature, Science, Nature Chemisty, Science Advances等国际期刊上发表论文300余篇。

可点击本推送最后“阅读原文”进入王训教授课题组主页。

论文信息

Zhang S, Shi W, Wang X. Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels. Science. 2022 Jul;377(6601):100-104. 

DOI: 10.1126/science.abm7574

 

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