在具有里程碑意義的論文《大孔結(jié)晶聚酰亞胺共價有機聚合物的設(shè)計合成》中(發(fā)表于7月23日的國際科學(xué)期刊《自然通訊》)，嚴教授的研究小組描述了一種新的方法來制備有機分子篩材料。
美國特拉華大學(xué)的研究員嚴玉山在《自然通訊》期刊中發(fā)表了合成有機的分子篩材料的一個重要進展。
嚴玉山教授是美國特拉華大學(xué)的一名杰出工程教授。由于在使用納米材料去解決能源工程、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和電子轉(zhuǎn)移等方面的重要工作，他被大家廣為熟知。
他早期的研究工作重點放在無機分子篩材料（具有規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)的多孔巖石）上。在原子尺度上，分子篩的孔道尺寸能夠被精確地確定，從而可以分離尺寸差異不到一埃的分子（一埃等于十分之一納米）。這使得它們作為分子篩分材料在化學(xué)和石油工業(yè)的分離和催化過程中有著巨大的應(yīng)用。
在具有里程碑意義的論文《大孔結(jié)晶聚酰亞胺共價有機聚合物的設(shè)計合成》中（發(fā)表于7月23日的國際科學(xué)期刊《自然通訊》），嚴教授的研究小組描述了一種新的方法來制備有機分子篩材料。
“制備有機的分子篩材料一直是大家的夢想。如果你可以合成出有機的分子篩材料，你可以做出更多和具有更好的催化和分離功能的研究。這為之前被認為不可能的應(yīng)用開啟了一扇新的大門。”他說。
傳統(tǒng)上，分子篩主要來自像氧化硅或氧化鋁這類無機材料。在過去的幾年中，嚴教授專注于把分子篩與其主要成分是碳、氧、氫或氮的有機聚合物結(jié)合起來。
對于制備有機的分子篩材料，也稱為結(jié)晶多孔聚合物，最大的挑戰(zhàn)是這些有機聚合物更容易形成無定形的材料，即它們通常不會呈現(xiàn)出一個規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。
嚴教授解釋道，將這些聚合物轉(zhuǎn)變成結(jié)晶材料是困難的，因為它需要一個可逆的反應(yīng)過程。通常，在相同的分子（或單體）間一旦發(fā)生反應(yīng)，不可逆的過程就已經(jīng)形成。與此同時，非結(jié)晶的聚合物被合成了出來。
“想想蓋房子，如果當(dāng)建造者將一個金屬材料放到另一個金屬材料上時，它們立即粘在了一起。由于不能進行合理的調(diào)整，這將使施工難度變得很大。同樣地，分子在第一次接觸時并不總是完美地結(jié)合，他們可能需要分離、調(diào)整和重新連接以達到理想的結(jié)構(gòu)。如果反應(yīng)是不可逆的，分子將可能停留在一個不理想的位置上。”他說。
通過使用具有低溶解度的混合溶劑，嚴教授的研究小組發(fā)現(xiàn)了一種方法來減緩聚合物的內(nèi)在反應(yīng)，從而使它變成一種可逆的過程。同時，降低溫度來減緩分子的反應(yīng)活性并延長了反應(yīng)時間，從而使分子在連接前能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)整其取向。
其結(jié)果是制備出具有大孔徑、高比表面積（2346平方米（等效于近半個橄欖球場的面積）/克）和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性（530℃）的結(jié)晶多孔材料。
根據(jù)嚴教授的估計，該工作中的新技術(shù)和新材料將可以應(yīng)用在化學(xué)生產(chǎn)中的催化和分離以及烴能源轉(zhuǎn)化上。他也看到有機分子篩材料在能源研究方面的應(yīng)用潛力，特別是在膜的發(fā)展、燃料電池和液流電池的應(yīng)用方面。
“在膜結(jié)構(gòu)中使用有機分子篩自然會降低分離的成本，我想利用這一發(fā)現(xiàn)在膜的發(fā)展中提出一個全新的概念。” 嚴教授說。
該論文的研究人員還包括美國特拉華大學(xué)的方千榮、顧爽、羅伯特·卡斯帕、王俊華、鄭潔、莊仲斌以及中國吉林大學(xué)的裘式綸教授。
嚴玉山教授簡介：
嚴玉山教授于2011年作為杰出的工程教授加入美國特拉華大學(xué)的工程學(xué)院，他隸屬于化學(xué)與生物分子工程系、催化科學(xué)與技術(shù)中心和特拉華大學(xué)能源研究所（UDEI）。
在加入特拉華大學(xué)之前，嚴教授是美國加州大學(xué)河濱分校的化工系主任。在那里，他的研究小組首次將分子篩薄膜材料應(yīng)用于半導(dǎo)體和航空航天中，并開發(fā)出新材料用于燃料電池、能源儲能和太陽能制氫等領(lǐng)域。
作為一名美國科學(xué)促進會的會員，嚴教授目前的研究主要集中在電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置的開發(fā)，包括燃料電池、電解槽、太陽能制氫和液流電池。特別是他的研究小組已經(jīng)在探索新的燃料電池催化劑和膜，用以降低成本及提高電池的使用壽命上取得了顯著的進展。
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