2022年7月1日Science在線發表了清華大學王訓教授團隊在有機凝膠領域的最新成果「Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels」。其中，清華大學王訓教授為通訊作者，清華大學為第一通訊單位，Simin Zhang為第一作者。研究表明，揮發性有機分子之間的分子間力通常比水弱，使其更難被吸收。清華大學王訓教授等人通過簡單的室溫反應製備了鹼土陽離子橋接的多金屬氧酸鹽納米糰簇亞納米線。納米線可以形成三維網絡，有效捕獲10多種揮發性有機液體，納米線的質量分數低至0.53%，從而獲得了一系列自支撐的、有彈性的、穩定的有機凝膠，製備了以千克為單位封裝有機液體的凝膠。通過蒸餾和離心去除凝膠中的溶劑，納米線可以循環使用10次以上，該方法可應用於有機液體的有效捕集和回收。通過在水分子和凝膠劑（如聚合物鏈或無機納米結構）之間形成氫鍵網絡，可以很容易地製備水基水凝膠。與氫鍵相比，揮發性有機分子之間的分子間作用力通常較弱，阻礙了揮發性有機液體的半固化和功能性有機凝膠材料的開發，亞納米線可以形成類似於聚合物的三維（3D）網絡和凝膠。通過簡單的室溫反應製備了鹼土金屬陽離子橋接多金屬氧酸鹽納米簇（AE-POM）亞納米級納米線。首先，作者製備了鈣-POM（Ca-POM）納米線，通過透射電子顯微鏡（TEM）、原子分辨率球差校正TEM（AC-TEM）、原子力顯微鏡（AFM）和小角X射線衍射（SXRD）研究了Ca-POM納米線的形態。納米線分散在辛烷中，長度為幾微米，彎曲並相互纏繞（圖1A和B）。直徑可以從AFM 數據中區分出來，約為1 nm（圖 1C和D）。當將乙醇添加到辛烷中的納米線分散體中時，納米線盤繞，並形成一些納米環（圖1F），證明了它們的高柔韌性。同時，通過XPS和能量色散X射線能譜（EDS）元素映射研究了納米線的組成。Ca-POM納米線主要由 Ca、W、P和O組成。EDS映射表明Ca、W和P均勻分散在納米線中（圖1G ）。通過傅里葉變換紅外（FTIR）光譜和基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜 (MALDI-TOF-MS) 進一步研究了納米線的結構。磷鎢酸（PTA）的FTIR特徵吸收峰也出現在納米線的FTIR光譜中，表明納米線中存在PW12O403-納米糰簇。進一步使 MALDI-TOF-MS測試PTA和納米線，揭示了 PW PW12O403-在納米線中的存在。在實驗過程中，加入了約0.347 mmol PTA和9.7 mmol油胺，PTA完全解離為H+和PW12O403-，並且油胺被質子化，FTIR光譜也證明了這一點。此外，分子動力學（MD）模擬和幾何優化表明Ca2+橋接的PW12O403-處於納米線的最終穩定狀態。根據上述表徵結果，Ca2+通過靜電相互作用橋接PW12O403-納米糰簇形成納米線，油胺和質子化油胺通過配位和靜電相互作用附着在納米線上（圖1J）。還進行了 MD 模擬以研究盤繞納米線的形成，表明表面能的降低驅動了盤繞過程。Simin Zhang, Wenxiong Shi, Xun Wang*, Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels,Science(2022). https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7574
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