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科学家研制出首个分子多面体

上一篇 / 下一篇  2011-07-27 16:10:28

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  据美国物理学家组织网7月21日报道,美国纽约大学化学系、分子设计研究所和意大利米兰大学材料科学研究所的科学家携手制造出了首个分子多面体,这种具有突破性的结构有望让科学家研制出新的工业产品和消费产品,包括磁材料和光学材料等。研究论文发表在7月21日出版的《科学》杂志上。

  科学家们一直在想方设法“迫使”分子组合在一起形成有规则的多面体,但一直没有成功。由古希腊数学家阿基米德发现的阿基米德立体引起了科学家们的注意。阿基米德立体是使用两种或以上的正多边形为面的凸多面体,其每个顶点的情况相同,共有13 种。阿基米德多面体也叫截半多面体,即在正多面体中,从一条棱斩去另一条棱的中点所得出的多面体。使用分子合成出这样的结构一直是一个巨大的挑战。

  纽约大学和米兰大学的科学家们携手合成了一个截半八面体,也是13种阿基米德立体中的一种。而且,这种结构能像罩子一样“罩住”其他分子,两者结合在一起能形成新的或功能更强大的材料。

  在研制分子多面体的过程中,科学家们让72个氢键组合成两类六边形的分子“瓦片”,并让 8个分子“瓦片”组合成一个截半八面体。尽管化学家们经常会用到氢键,因为其在构建复杂的结构方面“多才多艺”,但是,与将原子紧紧结合在一个分子内的键相比,氢键要弱一些,这就使由氢键构成的更大结构变得不可预测,稳定性也更差。

  然而,在最新研究中,科学家们使用的氢键由分子的离子属性来保持稳定,而且没有产生其他结果,因此,构建出的这个截半八面体被证明非常稳定。实际上,这个截半八面体能进一步组合成拥有纳米孔的晶体,就像广为人知的由非有机物组成的分子筛一样,可按分子大小对混合物进行分级分离。

  该研究的联合作者、纽约大学化学系主任麦克·沃德表示,他们已经证明,可以通过设计“迫使”分子组合在一起形成一个多面体,下一步将扩展这项研究,使用同样的设计理念来制造其他分子多面体。如果获得成功,最终将能制造出具有非凡特性的新材料。


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