COF-505是第一种由螺旋有机线编织而成的三维共价有机骨架材料。这种编织而成的COFs在结构弹性、韧性及可逆性等方面明显优于从前。
目前，世界上存在着多种纳米材料的制备方法。然而，编织法作为最古老而持久的方法却并未在列。一个由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室及加州大学伯克利分校联合负责的国际研究小组用螺旋形有机线编织出了第一个三维COFs。编织法制作的COFs在结构弹性、韧性及可逆性等方面明显优于从前。且COFs一直被认为在捕捉吸收CO2并将其转化为化工产品的领域具有极大潜力。
“我们已经掌握了在分子级别上进行材料编织的技术。这种技术能精确地操控粒子，从而赋予材料独特而有用的力学性能。”一位在伯克利实验室材料科学部门及加州大学伯克分校化学学院联合任职的化学家Omar Yaghi说道。他同时也是卡夫能源纳米科学研究所(Kavli-ENSI)的联合主任。
“编织术在化学领域早有应用，然而在生物领域却仍处于未知状态”Yaghi说道，“我们发现了一种编织有机线的方法，这种方法可以设计并制作出复杂的二维及三维有机扩展结构。”
研究人员就该项技术在Science杂志上发表了论文，Yaghi 是该论文的通讯作者。论文标题为《将有机线编织成晶体共价有机骨架材料》。论文的第一作者为 Yuzhong Liu, Yanhang Ma 和 Yingbo Zhao，其他作者有 Xixi Sun, Felipe Gándara, Hiroyasu Furukawa, Zheng Liu, Hanyu Zhu, Chenhui Zhu, Kazutomo Suenaga, Peter Oleynikov, Ahmad Alshammari, Xiang Zhang 和Osamu Terasaki.
COFs以及它的近亲材料金属有机骨架化合物（MOFs）均为三维多孔晶体，具有极大的内表面积，可以吸收储存大量目标分子。Yaghi发明的COFs 与MOFs材料由有机分子或金属有机分子组成，在强的化学键作用下形成大而可扩展的网状骨架结构。这样的结构在碳封存等领域有着极大的应用前景。
Yaghi还使用了另一种技术“网状化学”，在骨架中植入晶体以获得预期性能：比如，将CO2还原为CO，这在燃料、药物、塑料等诸多化工领域都是极重要的一环。
在最近的研究中，Yaghi与他的同事以一种亚铜的络合物作为模板，将邻二氮杂菲线在其上编织成图案，作为亚胺框架，他们将之命名为COF-505。通过X射线衍射及电子衍射等测试，研究人员发现，亚铜离子可以在不破换编织结构的前提下可逆地移除或储存。COF 的去金属化使得其弹性增加近十倍，硬度恢复如初。
“我们的操作系统只需一个简单操作即可实现弹性与非弹性两种状态的转换，这是第一次在可扩展化学结构中发现此类特性，意味着这些状态之间无需降解或改变结构就能实现多次切换，从而实现材料的循环使用，”Yaghi说道，“基于这些结果，我们很容易联想到分子外衣的制造，将韧性、强度、弹性及化学可变性等要求集中于一种材料。”
Yaghi表示， MOFs 也可编织形成以网状结构为基础的多种结构。此外，编织原料既可以是纳米粒子，也可以是高分子材料，也就是说，我们可以编织出薄膜和电子设备。
“我们的编织技术可以使长的共价连接分子线每隔一定距离进行交联，”Yaghi说道，“这些交联点可视为活动中心，附近的有机线围绕其前后运动，具有充分的运动空间，而这种运动也不会破坏材料的整体结构。这是材料业的福音，可制造出具有卓越力学性能的材料和动力材料。”
翻译/彭爽娟 审稿/檀泽浩
http://www.sciencedaily.com/releases/2016/01/160120142727.htm
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