清华大学王训教授今日Science：有机液体凝胶化迎来重大突破

【导读】

研究表明，水基水凝胶的制备通常是通过在水分子和凝胶剂之间形成氢键网络，从而能够实现可控制备。然而，与氢键相比，具有挥发性质的有机分子之间的分子间作用力通常比水要弱，极大地阻碍了有机液体凝胶材料的开发，从而使得更难被吸收。

【成果掠影】

今日，清华大学王训教授（共同通讯作者）基于多金属氧酸盐、钙离子和油胺等材料，开发了一种简便的AE-POM纳米线室温合成方法，其可以通过分散体中的物理交联形成3D网络。当暴露于一系列挥发性有机化合物中时，网络会膨胀，这些挥发性有机化合物的添加比例即使低于1%也能够形成有机凝胶。同时，通过简单的搅拌和静置，就可以固定汽油、辛烷等10多种有机液体，在不添加任何添加剂的情况下，得到自支撑、有弹性的有机凝胶。在这种方法的基础上，本文轻松实现了纳米线的规模化批量生产，并且可以捕获公斤级有机液体。更加重要的一点是，凝胶中的纳米线可以通过蒸馏和离心回收10次以上，且基于纳米线的有机凝胶即使在液氮温度下也是稳定的。此外，面对外界挤压凝胶也是具有稳定状态，没有大量的液体损失。更加重要的一点是，液体可以通过蒸馏和离心回收，纳米线可以重复使用，从而使得有机溶剂的捕获和回收成为可能。

相关研究成果以“Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels”为题发表在Science上。

【核心创新点】

1.纳米线可以形成三维网络，有效捕获10多种挥发性有机液体，纳米线的质量分数即使低至0.53%也能够实现有机液体凝胶化；

2.液体可以通过蒸馏和离心回收，纳米线可以重复使用，从而使得有机溶剂的捕获和回收成为可能。

【数据概览】

图一、Ca-POM纳米线的形貌

（A，B）纳米线的TEM图像；

（C，D）纳米线典型的AFM形貌和沿虚线的轮廓；

（E）纳米线的AC-HAADF-STEM图像；

（F，G）STEM图像和对应纳米线的EDS元素映射图像；

（H）PTA和纳米线的MALDI-TOF-MS结果；

（I）纳米线结构的几何结构优化；

（J）纳米线的结构图。

图二、Ca-POM纳米线-有机液体凝胶

（A）纳米线-辛烷凝胶的照片

（B-D）TEM图像和纳米线网络的STEM图像；

（E）纳米线-有机液体凝胶的照片；

（F）在液氮中冷冻并随后解冻的纳米线辛烷凝胶的照片；

（G）直径约26厘米、厚度约1.5厘米的纳米线辛烷凝胶；

（H）使用纳米线进行溢油回收过程的照片。

图三、纳米线-辛烷凝胶的力学行为

（A）凝胶的照片

（B）被拉伸的凝胶薄片的照片；

（C）折叠的凝胶薄片的照片；

（D）拉伸凝胶薄片的SAXS 2D图案；

（E）应变幅度为1%的频率扫描模式下凝胶的流变学研究；

（F，G）凝胶的典型拉伸应力-应变曲线和压缩应力-应变曲线；

图四、基于Ca-POM纳米线的凝胶的MD模拟

（A）纳米线-辛烷凝胶示意图

（B）纳米线之间的相互作用能；

（C）辛烷值与纳米线主要部分的相互作用能；

（D）一些纯有机液体的扩散常数和这些被困在纳米线网络中的液体。

文献链接：“Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels”（Science，2022，10.1126/science.abm7574）

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