首页 > 行业资讯 > 【纳米】[Mo₂O₂S₂]²⁺构建块的可控过渡金属定向组装成智能分子湿度响应执行器

【纳米】[Mo₂O₂S₂]²⁺构建块的可控过渡金属定向组装成智能分子湿度响应执行器

时间：2023-01-14 来源： 浏览：

【纳米】[Mo₂O₂S₂]²⁺构建块的可控过渡金属定向组装成智能分子湿度响应执行器

X-MOL资讯
X-MOL资讯

X-molNews

“X-MOL资讯”关注化学、材料和生命科学领域的科研，坚持“原创、专业、深度、生动”。公众号菜单还提供“期刊浏览”等强大功能，覆盖各领域上万种期刊的最新论文，支持个性化浏览。

收录于合集

智能分子执行器由于其在外部刺激下将化学能转化为机械能的能力，已经成为一个前沿主题。湿度执行器代表了一种可广泛应用于发电机、人造肌肉、智能纺织品、软体机器人等的智能执行器。然而，在分子水平上实现驱动和阐明驱动机制仍然具有挑战性。笼形多金属氧簇（POM）具有富氧表面、纳米空腔和高负电荷，有利于骨架与水分子之间的氢键作用和溶剂化作用，可以成为理解受限空间中水分子微观分子动力学的理想分子平台。 [ Mo 2 O 2 S 2 ] 2+ 单元是一类重要的多金属氧簇，在很宽的pH范围内，可以作为稳定的构建块、连接体或模板，并自组装形成具有预定多样性和美学结构的功能复合物。
近日， 东北师范大学 的 臧宏瑛 团队 通过 [ Mo 2 O 2 S 2 ] 2+ 单元、过渡金属和柔性膦酸配体的组装，设计并制备了一种新型的基于笼形多金属氧簇的纳米湿敏分子执行器 {Bi 8 Mo 48 } 。 {Bi 8 Mo 48 } 具有较高的吸水率和质子传导率，是分子湿度执行器的良好候选材料。 以 Bi 8 Mo 48 -PDDA薄膜 (PDDA=聚二甲基二烯丙基氯化铵) 作为湿度响应膜，与商用PVDF薄膜 (PVDF=聚偏氟乙烯) 偶联制备双层智能分子驱动器 ，当相对湿度（RH）从33%变化到97%时，该驱动器表现出可逆的膨胀和收缩行为。进一步采用分子动力学模拟方法对这些过程进行了研究，为在分子水平上理解湿度驱动的机理提供了基础。
过渡金属和有机膦酸配体的协同调控被用来指导 [ Mo 2 O 2 S 2 ] 2+ 结构单元组装成“呼吸”纳米笼。这使得从小聚集体到高核立方笼状团簇的逐步组装成为现实。打破了 [ Mo 2 O 2 S 2 ] 2+ 体系倾向于形成环状平面结构的桎梏，极大地丰富了高核POM团簇的合成方法学。

图1. 通过金属物种和有机配体类型的协同调节，诱导 [ Mo 2 O 2 S 2 ] 2+ 构建出笼形簇合物。

图2. {Bi 8 Mo 48 } 的结构描述。
作者通过水吸附等温线，质子传导及变湿XRD筛选出 {Bi 8 Mo 48 } 有望成为湿度驱动研究的理想分子模型。 Bi 8 Mo 48 -PDDA/PVDF致动膜可以作为湿度致动器。该膜能有效地将湿气的化学能转化为机械能，并在转化过程中表现出良好的重复使用性和稳定性，这归因于 {Bi 8 Mo 48 } 独特的空腔结构、强大的氢键网络和丰富的亲水基团具有理想的吸水能力且 {Bi 8 Mo 48 } 对水的吸附和脱附具有呼吸作用的可逆结构变化。

图3. {Bi 8 Mo 48 } 的液态 31 P 核磁、水吸附等温曲线，随湿度变化的质子传导和XRD图像。

图4. Bi 8 Mo 48 -PDDA成膜表征及 Bi 8 Mo 48 -PDDA/PVDF性能测试。
作者利用分子动力学模拟（MD）在分子水平上从根本上理解湿度驱动过程的机理，研究了水分子在单个 {Bi 8 Mo 48 } 团簇和 Bi 8 Mo 48 -PDDA复合物中的吸附。模拟在分子水平上证实了 Bi 8 Mo 48 -PDDA薄膜的微观水吸附过程和宏观溶胀变形现象的机理。 {Bi 8 Mo 48 } 和PDDA的复合是制备具有理想吸水能力和机械强度的高性能湿度响应薄膜的有效途径。

图5. 分子动力学(MD)模拟的水分子在单个 {Bi 8 Mo 48 } 团簇和 Bi 8 Mo 48 -PDDA复合物中的吸附过程。
这一成果近期发表在 Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是东北师范大学博士研究生 李波 和中国科学院长春应用化学研究所研究员 段晓征 。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Controllable Transition Metal-Directed Assembly of [ Mo 2 O 2 S 2 ] 2+ Building Blocks into Smart Molecular Humidity-Responsive Actuators
Bo Li, Xiaozheng Duan, Dongming Cheng, Xinyu Chen, Zhixin Gao, Weibo Ren, Kui-Zhan Shao, and Hong-Ying Zang*
J. Am. Chem. Soc ., 2022 , DOI: 10.1021/jacs.2c10225
臧宏瑛教授简介

臧宏瑛，理学博士，现任东北师范大学教授、博士生导师。2007-2010年获得硕士学位，师从苏忠民教授，2010-2014年在英国格拉斯哥大学攻读博士学位和博士后研究，师从Leroy Cronin教授和龙德良教授。于2012年7月受邀参加欧洲诺贝尔研讨会（仅限青年学者100人）和6位诺贝尔化学奖得主交流科研心得，并做口头报告及海报成果展示。2013年底，作为优秀中国留学生代表，受邀参加英国中国博士研究生联盟会会议并受邀作邀请报告（会议仅邀请3人作报告）。回国建立课题组后，先后获得吉林省长白山学者称号，吉林省第七批拔尖创新人才称号，吉林省青年科技工作者协会副主任。主持项目包括2项国家自然科学基金面上项目和2项吉林省科技厅项目等，发表SCI论文50余篇，其研究工作发表在国际高水平杂志 Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem. Sci., Energy. Environ. Sci. 等期刊。课题组近期的研究工作主要围绕多金属氧簇的合成与组装及其在能量转换与储存中的基础应用研究，包括团簇基固体材料的离子导电性、多金属氧团簇材料在能量转换（如HER、ORR和NRR等）中的作用及多金属氧簇为氧化还原媒介的能源存储器件制作等。
https://www.x-mol.com/university/faculty/281095
点击“ 阅读原文 ”，查看  化学 • 材料  领域 所有收录期刊

版权：如无特殊注明，文章转载自网络，侵权请联系cnmhg168#163.com删除！文件均为网友上传，仅供研究和学习使用，务必24小时内删除。
相关推荐
热门信息