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吉林大学邹勃教授科研团队研究成果在《美国化学会志》上发表

发布日期:2017-10-27     编辑:张天馨     点击:

吉林大学超硬材料国家重点实验室邹勃教授领导的科研团队在负压缩材料研究方面取得突破。研究人员发现金属-有机框架材料InH(BDC)2是目前为止已知的负压缩率最大的材料之一,且相比传统的大负压缩率材料具有更安全便宜的特点。该成果以“Large Negative Linear Compressibility in InH(BDC)2 from Framework Hinging”为题,于2017年10月25日发表在《美国化学会志》上。

常规材料在持续增大的静水压的作用下,其晶体的各个方向均会被压缩,而负压缩材料则会在某个特定方向上随压力增大而伸长,即压致膨胀现象。这种压致膨胀的奇异特性使得负压缩材料在高灵敏传感器、海底光缆以及人造智能义肢等多个领域具有极为重要的潜在应用价值。相比正压缩,目前已知的负压缩材料数量极少且负压缩率绝对值也相对较小(通常在−20 TPa-1以下),这在极大程度上限制了此类材料的实际应用,寻找具有较大的负压缩率的材料已成为物理、化学与材料领域研究的热点。

该文中,研究者以对苯二甲酸氢铟(InH(BDC)2)为研究对象,利用高压原位同步辐射X光衍射技术确定:该材料在0到0.53 GPa范围内沿晶体轴c轴伸长,该材料c轴负压缩率高达−62.4 TPa-1,是目前已知的除钴氰酸银(负压缩率为−76 TPa-1)之外负压缩率最大的材料。因不含有剧毒的氰基基团和高昂的贵金属成份,对苯二甲酸氢铟相较于钴氰酸银更加安全廉价,且钴氰酸银在很低的压力下(0.19 GPa)即发生相变,伴随着16.25%的体积塌缩,因此对苯二甲酸氢铟比钴氰酸银具有更高的应用价值。同步辐射X光衍射数据表明,对苯二甲酸氢铟的负压缩性是因为其特殊的金属-有机链组成的六元环β石英结构所致。这种特殊的晶体几何结构包含两个重要的参数:有机链长r和链链之间的夹角θ。压力增大时,r基本不变而θ逐渐减小,导致r的投影在c轴方向变长而在ab轴方向缩短,即晶体在压力增大时沿ab轴缩短而沿c轴伸长。结合先前报道的类似结构的大负压缩材料金氰酸锌,研究者认为可以在β石英结构的金属-有机框架材料寻找到更多的具有较大负压缩率的材料。

邹勃教授领导的科研团队长期致力于负压缩材料的研究,此前还通过对硫氰酸钴吡嗪的研究提出了负压缩的一种新的机理——层滑移,以“Negative Linear Compressibility Due to Layer Sliding in a Layered Metal−Organic Framework”为题,发表在《物理化学快报》上。

该项研究得到国家自然科学基金面上项目、国家杰出青年科学基金、教育部长江学者奖励计划和吉林省长白山学者奖励计划的支持。论文第一作者为超硬材料国家重点实验室在读博士研究生曾庆鑫。

论文全文链接:

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b10292

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.7b00121

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