Направленный по правилам дизайна, разработанным учеными, атомы урана и органические компоновщики самособираются в красивый кристалл – большая, воздушная 3D сеть очень просторных и полезных пор. Поры так просторны, на самом деле, что ученые укрыли большой фермент в поре – никакой маленький подвиг. Материал может действовать как защитные леса для ферментов.«Мы строим с точностью с одним атомом», сказал Омар К. Фара, преподаватель исследования химии в Колледже Вайнберга Искусств и Наук, кто привел исследование. «Наш материал начинается на уровне отдельных атомов, измеренных ангстремами, и заканчивается на сотнях уровня микронов, где мы можем держать маленький кристалл пинцет и видеть его невооруженным глазом».
Исследование было опубликовано в выпуске 12 мая журнала Science.Материал очень легок, несмотря на то, чтобы быть сделанным из урана, одного из самых тяжелых элементов в периодической таблице. (Ученые использовали уран 238, нерадиоактивный изотоп.) Атомы урана до сих пор вдали друг от друга в структуре, что металлически-органическая структура (MOF) берет самое низкое название плотности от любого соревнования.
«Это парадоксально», сказал Фарха, который специализируется на рациональном дизайне министерств финансов для катализа, ощущения и приложений хранения. «Этот материал не был замечен или предсказан прежде. Несмотря на его простое начало, у структуры нашего министерства финансов есть беспрецедентная структурная сложность.
И мы только что поцарапали поверхность строительства сложных структур, используя простые стандартные блоки».Открытие представляет потенциал, чтобы создать общие правила дизайна для самосборки открытых, сложных структур от простых стандартных блоков, также подчеркивая потенциал актинидов, таких как уран, в синтезе материалов, сказал Фарха.Исследователи теперь могут применить новый набор правил дизайна для наращивания, чтобы синтезировать различные новые материалы с предварительно разработанными и предсказуемыми сложными структурами.?Металлически-органические структуры – упорядоченные, подобные решетке кристаллы.
Узлы решеток – металлы, и органические молекулы соединяют узлы. Новое министерство финансов, названное НЮ 1301, составлено только узлов окиси урана и tricarboxylate органических единиц компоновщика. Эта простота делает министерство финансов промышленно релевантным.В дополнение к структурной сложности НЮ 1301 имеет очень высокую площадь поверхности, объем поры и водную стабильность и может использоваться, чтобы отделить маленькие органические молекулы и большие биологические молекулы или ферменты, на основе их размеров и обвинений.
Каждая элементарная ячейка – основная единица, которая повторяется в трех измерениях, чтобы создать кристаллическую структуру – состоит из 816 узлов урана и 816 органических компоновщиков. Одна элементарная ячейка измеряет 173 ангстрема через, и это продолжает повторяться.
Элементарные ячейки собираются в пятиугольники и шестиугольники, в конечном счете превращаясь в кристалл, который может достигнуть четверти один миллиметр шириной.