氢键解释了MOF的减震能力

一项新的研究揭示了为什么多孔材料可以吸收强烈冲击的分子机制。这项工作还为如何设计出能够承受严重撞击的新材料提供了线索。

多孔材料在气体吸附和过滤方面有着广泛的应用。但是，几十年来，科学家们也一直对它们的减震潜力感兴趣。来自比利时和英国的研究人员正在研究沸石咪唑盐框架(ZIFs)的减震行为，ZIFs是一种具有沸石特征的结构和拓扑性质的金属有机框架。“最初，它们并不是为了减震而制造的，”他解释道本的太阳来自英国伯明翰大学，该论文的共同第一作者。“然而，这是沸石中已知的应用，考虑到它们的相似性，这种联系似乎很明显。”

为了研究ZIFs的减震性能，纳米多孔材料和水被密封在一个不锈钢腔内。在机械冲击下，水分子试图进入ZIF的孔隙。它们的疏水性使侵入变得困难，因此冲击的机械能被用来迫使水进入材料。“这为经典减震器提供了一个很好的替代方案，”共同第一作者说斯文罗格来自比利时根特大学分子模型中心。他补充说:“与塑料和金属等其他材料不同，这种新型减震器能非常有效地恢复变形。”“一些zif甚至可以承受超过1000次的冲击循环。”

但他们的工作不仅仅是测试zif -研究人员想要了解水入侵背后的机制，以改善未来的材料设计。除了实验室实验，他们还进行了计算模拟，发现氢键在入侵过程中是基本的，因此减震。“很高兴能详细地看到这种机制，模拟可以真正帮助展示在微观层面上发生了什么……机制的不同可能的过渡和步骤，”他说凉山州这他是法国巴黎IRCP-CNRS的分子模拟专家。他说，从宏观实验信息中推断出这些细节是不可能的，而且“很难获得”在operando技术”。Coudert认为，尽管这种机制对于疏水纳米孔的润湿和脱湿很常见，但“这种影响是经过仔细测量的……并与材料的宏观性能有关”。

罗格说:“关键步骤是在ZIF内部形成大约4个水分子的小簇。”然后，进一步氢键的形成有利于侵入。“这种成核过程控制着水在整个材料中的运输。”

丹赵新加坡国立大学多孔材料专家，他认为“这些实验揭示了在类似实际应用的条件下的减震性能”。这些发现也为验证和设计用于减震的新材料(甚至超出ZIFs)提供了全面的指导方针。作者使用这些规则确定了17个有前途的候选人。“分子机制使宏观减震行为合理化，”赵补充道。“这些贡献将有利于材料研究界进一步探索……并为这种应用设计新的材料。”