一種合成復(fù)合晶體的新方法

無機(jī)合成化學(xué)家常致力于通過結(jié)晶來合成新的無機(jī)材料，以應(yīng)用于催化和能源生產(chǎn)領(lǐng)域。他們通常將所有反應(yīng)物溶于溶液中，依靠高溫高壓來進(jìn)行反應(yīng)。一種新的在低溫低壓下進(jìn)行的晶體生長方法使得新型多元素復(fù)合材料的合成更加簡單。

當(dāng)無機(jī)化學(xué)家Hans-Conrad zur Loye和他在南卡羅來納大學(xué)的研究小組試圖通過結(jié)晶創(chuàng)建新的結(jié)構(gòu)材料時(shí)，他們首先挑選了一種溶劑，并將想要合成的結(jié)構(gòu)所需要的物質(zhì)溶解在其中。目前為止，該溶解步驟需要在600～1200℃和62.5MPa以上壓力下進(jìn)行。然后，將混合物慢慢冷卻，使晶體緩慢、均勻生長。

Michael Chance，zur Loye 帶的一名研究生，當(dāng)他在利用一種混合溶液（一半是堿金屬氫氧化物，一半是水）溶解反應(yīng)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)比較簡單的過程。傳統(tǒng)晶體合成方法即高溫高壓法，化學(xué)家使用氫氧化物溶液作為溶劑，而Chance的方法，反應(yīng)物在溫度稍高于200℃、壓強(qiáng)小于101kPa時(shí)即可溶解。該混合溶液被zur Loye稱作hydroflux，它可在低溫下溶解反應(yīng)物，是由于氫氧化物在hydroflux中的熔點(diǎn)降低。

利 用 低 溫 hydroflux，zur Loye的博士后Daniel E Bugaris制備了5種較難合成的復(fù)合金屬氫氧化物晶體：Sr6NaPd2(OH)17、Li2Pt(OH)6、Na2Pt(OH)6、Sr2Pt(OH)8和 Ba2Pt(OH)8等。據(jù)zur Loye介紹，由于傳統(tǒng)晶體合成方法反應(yīng)溫度過高，上述復(fù)合金屬氫氧化物幾乎從未合成過。

化學(xué)家們想要合成比較復(fù)雜的金屬氫氧化物的一個(gè)原因是此類氫氧化物提供了一個(gè)間接的方法來制備常用的氧化物催化劑。利用傳統(tǒng)晶體合成方法合成氧化物比較困難，而且需要較高的溫度，zur Loye解釋道。他所帶領(lǐng)的研究小組已表明，可以通過溫和加熱氫氧化物Na2Pt(OH)6來制備氧化物α-Na2PtO3。

該研究小組還合成了氧代氫氧化物晶體、氧化物晶體、氧化物的水合物結(jié)晶等。他們已經(jīng)在嘗試合成其他金屬的復(fù)合化合物，如錳、鈷等，并且希望下一步開展金屬釕、銥、銠的研究。

一直在研究金屬催化劑的塔夫茨大學(xué)的 MariaFlytzani Stephanopoulos認(rèn)為，氫氧化物在一定溫度范圍內(nèi)性能穩(wěn)定，是一類耐人尋味的潛在催化劑；該低溫低壓下即可完成的簡單晶體生長方法必定能幫助科學(xué)家制備更多的新材料。

多種形狀的水凝膠

光或潮濕的環(huán)境如何觸發(fā)植物，使其葉子卷曲或釋放種子？這一問題啟發(fā)科學(xué)家們力爭制得柔軟的合成材料，同樣利用形狀變換來回應(yīng)周圍環(huán)境的刺激。研究人員設(shè)想此類物質(zhì)被用來觸發(fā)藥物遞送或機(jī)器人設(shè)備的活性。

目前，已合成了一些實(shí)驗(yàn)材料，它們會(huì)由于某個(gè)參數(shù)如溫度的變化而發(fā)生形狀的變化，但是只能變換一個(gè)或兩個(gè)形狀?？茖W(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)采取了以下步驟：他們已規(guī)劃了一種高分子水凝膠，在不同的外界環(huán)境觸發(fā)下會(huì)呈現(xiàn)不同的形狀。

“我們已經(jīng)制備了可呈現(xiàn)3種形狀的水凝膠，但是總的來說，利用我們的方法，可使該水凝膠呈現(xiàn)更多的形狀?！倍鄠惗啻髮W(xué)的Eugenia Kumacheva說，他與馬里蘭大學(xué)帕克分校的聶志鴻共同帶領(lǐng)了一個(gè)研究小組。

該研究工作為科學(xué)工作者打開了一扇大門，可制備比當(dāng)前所用材料更復(fù)雜的形狀變換材料。

為制造該形狀變換材料，該研究小組將由一種單體制得的凝膠薄層浸入含有另一種單體和交聯(lián)劑的溶液中。此外，溶液中還含有光引發(fā)劑，該化合物在光的照射下可迅速引發(fā)聚合反應(yīng)。在凝膠將所有物質(zhì)吸收后，研究人員在其上放置了一個(gè)圖案化的掩模，并用紫外線照射該組件。

隨后，研究人員洗去未反應(yīng)的試劑并用一個(gè)新的掩模和不同的單體重復(fù)上述過程。結(jié)果得到一種具有圖案的水凝膠薄片，其上有無數(shù)具有不同剛度和溶脹性能的微小斑塊。

當(dāng)暴露在高pH值的溶液中時(shí)，水凝膠薄片鼓起部分呈現(xiàn)聚甲基丙烯酸條紋，導(dǎo)致整個(gè)薄膜卷曲成一個(gè)長的薄管；在高鹽度溶液中，聚（N-異丙基）豐富的斑塊縮小，使其呈短粗、大口徑管狀。

美國馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校的高分子材料科學(xué)家Ryan C Hayward如是評(píng)價(jià)這項(xiàng)工作：它證實(shí)了在同一目標(biāo)對(duì)象內(nèi)，可形成具有不同刺激反應(yīng)的高分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。