當(dāng)黃色的MOFs晶體內(nèi)充滿二氧化碳后，指示分子就會(huì)變成紅色。
其實(shí)早在一年前，該化學(xué)小組就發(fā)表了他們的一項(xiàng)科研成果：以糖、鹽，以及酒精為原料的新納米結(jié)構(gòu)材料。而眼下他們研制的這種“海綿”，其實(shí)是一種化合物，它可以有效地檢測(cè)、捕獲和儲(chǔ)存二氧化碳，而且該化合物自身是碳中性的。
據(jù)美國(guó)《每日科學(xué)》報(bào)道，該小組由西北大學(xué)化學(xué)教授弗雷澤·斯托達(dá)特領(lǐng)導(dǎo)，而研究報(bào)告已發(fā)表在了《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上。
斯托達(dá)特介紹稱，該“海綿”其實(shí)是所謂的金屬有機(jī)骨架（MOFs），不過(guò)與其它MOFs相比，它不僅是純天然成分，而且制造過(guò)程很簡(jiǎn)單，這也是它最大的優(yōu)勢(shì)。
盡管常規(guī)MOFs也可以有效地吸收二氧化碳，但它們的原材料通常來(lái)自于原油，而且常包含有毒的重金屬。斯托達(dá)特表示，這個(gè)MOFs還有很多獨(dú)有的特點(diǎn)，當(dāng)完全“吃掉”二氧化碳時(shí)，通身會(huì)變成紅色，而且捕獲過(guò)程還是可逆的。
事實(shí)上，MOFs誕生于1999年左右，它是一種有序的、格子框架晶體，由有機(jī)分子與節(jié)點(diǎn)連接而成，節(jié)點(diǎn)通常是銅、鋅、鎳或鈷等金屬。在它們的大孔隙里，MOFs能有效地存儲(chǔ)如氫氣或二氧化碳等氣體，這在工程科學(xué)上具有獨(dú)特的用處。
據(jù)悉，這個(gè)新型的MOFs主要成分是伽馬-環(huán)糊精（gamma-cyclodextrin），是來(lái)自于玉米淀粉的可再生糖分子。然后，利用苯甲酸鉀（potassium benzoate）或氫氧化銣（rubidium hydroxide）等鹽中產(chǎn)生的某種物質(zhì)，把這些糖分子固定，而糖分子在晶體中的精確排列，則是捕獲二氧化碳的關(guān)鍵。
其實(shí)，在MOFs中，均勻?qū)ΨQ非常重要。天然材料通常都不具備均勻?qū)ΨQ性，所以很難結(jié)晶成高度有序而多空間框架材料。但伽馬-環(huán)糊精解決了這一難題：它由8個(gè)不對(duì)稱的葡萄糖殘基排列成一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這本身形成了一種對(duì)稱。把伽馬-環(huán)糊精和鉀鹽溶化在水中，水分和酒精的蒸發(fā)會(huì)使混合液結(jié)晶。
“事實(shí)證明，當(dāng)我們把這些相互靠近的糖分子放到堿性環(huán)境中后，意想不到的事情發(fā)生了，它們開(kāi)始與二氧化碳反應(yīng)，過(guò)程類似于碳固定，也就是糖形成的過(guò)程。”研究報(bào)告的第一作者Jeremiah Gassensmith表示，“這個(gè)反應(yīng)導(dǎo)致二氧化碳被緊緊地束縛在晶體內(nèi)，但隨后我們?nèi)匀豢梢苑浅］p易地回收它。”
從MOFs與二氧化碳發(fā)生的不同尋常的反應(yīng)可以檢測(cè)出，晶體是否已經(jīng)達(dá)到滿負(fù)荷。研究小組在每個(gè)晶體內(nèi)放入一種可以通過(guò)顏色改變來(lái)檢測(cè)pH值（表示氫離子活度的）變化的指示分子，當(dāng)黃色的MOFs晶體內(nèi)充滿二氧化碳后它們就會(huì)變成紅色。
這個(gè)新型的MOFs，不僅成本低廉，而且還有綠色環(huán)保的特點(diǎn)，這更促使他們成為商業(yè)化的候選產(chǎn)品。小組成員Ronald A. Smaldone博士后補(bǔ)充稱：“我想這是簡(jiǎn)單化學(xué)能夠成功地應(yīng)用于碳捕獲和傳感儀技術(shù)等相關(guān)問(wèn)題的最好證明。”
據(jù)悉，美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、美國(guó)能源部、英國(guó)工程和物理科學(xué)研究理事會(huì)、沙特國(guó)王科技大學(xué)，以及韓國(guó)高級(jí)科學(xué)和技術(shù)研究所均是這項(xiàng)研究的支持方。
