由美國西北大學(xué)化學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在表面科學(xué)方面取得突破，開發(fā)出一種名為機(jī)械吸附的新吸附機(jī)制。研究表明，人工分子機(jī)器可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)吸附。研究結(jié)果在線發(fā)表在21日《科學(xué)》雜志上。

新研究展示了如何將人工分子機(jī)器（完全合成的分子部件，可以產(chǎn)生類似機(jī)器的運(yùn)動(dòng)）嫁接到表面上，以將環(huán)狀分子高濃度聚集到表面，存儲(chǔ)大量能量。這一技術(shù)在催化劑、能量儲(chǔ)存和環(huán)境修復(fù)等方面至關(guān)重要。

機(jī)械吸附由非平衡泵送在吸附劑（表面）和吸附物（分子）之間形成機(jī)械鍵而得名，其對許多不同分子的儲(chǔ)存和控制釋放具有重要意義。這一新吸附機(jī)制利用氧化還原和酸堿化學(xué)反應(yīng)將一系列環(huán)狀分子精確地吸附和脫附在固態(tài)二維金屬有機(jī)框架的表面上。

論文通訊作者、西北大學(xué)的弗雷澤·斯托達(dá)特爵士表示，這項(xiàng)研究是自20世紀(jì)30年代物理吸附和化學(xué)吸附成為研究的當(dāng)務(wù)之急以來，表面化學(xué)領(lǐng)域的第一次重大基礎(chǔ)性進(jìn)展。

2016年，斯托達(dá)特與另外兩名科學(xué)家因在分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與合成方面取得突破而共同獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們發(fā)明了“全世界最小的機(jī)器”，將分子合成在一起，使其成為極微小的電機(jī)和傳動(dòng)裝置，比一根頭發(fā)絲的千分之一還要細(xì)。

斯托達(dá)特說：“這種機(jī)械吸附機(jī)制與噴霧罐有一些共同的特點(diǎn)，在高壓下儲(chǔ)存，按下扳機(jī)就可以釋放?！比欢?，機(jī)械吸附的物質(zhì)即使在遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的情況下也能保持機(jī)械平衡。觸發(fā)釋放的機(jī)制只涉及擴(kuò)散，且實(shí)際過程非?？?。

在20世紀(jì)30年代，歐文·朗繆爾和約翰·倫納德—瓊斯觀察到，吸附物通過范德華作用（物理吸附）和/或電子相互作用（化學(xué)吸附）與表面相互作用。吸附通常被認(rèn)為是一個(gè)被動(dòng)的過程，在這個(gè)過程中，吸附物從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動(dòng)，因此表面吸附物的濃度總是朝著平衡方向變化。然而，在此次研究中，研究人員證明，可以使用人工分子機(jī)器實(shí)現(xiàn)主動(dòng)吸附。

這項(xiàng)技術(shù)為廢物和污染物的隔離、貴金屬的回收、多相催化、多種形式的化學(xué)和生物分析與分離科學(xué)，以及許多其他技術(shù)提供了基礎(chǔ)，也為氫、二氧化碳和甲烷等氣體的儲(chǔ)存打開新局面。

（實(shí)習(xí)記者張佳欣）