揮發(fā)性有機(jī)分子之間的作用力通常較弱，這嚴(yán)重阻礙了揮發(fā)性有機(jī)液體的半固化和功能有機(jī)凝膠材料的發(fā)展。通過水分子與凝膠劑之間的物理交聯(lián)從而形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，是制備水凝膠的一個重要途徑。近日,清華大學(xué)王訓(xùn)課題組通過一種簡單的室溫反應(yīng)制備了堿土金屬陽離子橋接多酸陰離子納米團(tuán)簇（AE-POM）亞納米線，利用該種納米線形成類似于聚合物的三維網(wǎng)絡(luò)，能夠有效地鎖定汽油、辛烷等十多種有機(jī)液體，并在沒有任何添加劑的情況下獲得了一系列自支撐、彈性、穩(wěn)定的有機(jī)凝膠。在凝膠的研究過程中，小角X射線散射（SAXS）為解釋其力學(xué)性能機(jī)理起到了重要的作用。本項(xiàng)成果所用的SAXS測量在北京同步輻射裝置（BSRF）1W2A束線小角X射線散射實(shí)驗(yàn)站完成。 

　　這項(xiàng)研究可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)千克級的封裝有機(jī)液體的凝膠。該凝膠中的納米線可通過簡單的蒸餾及離心回收，可循環(huán)使用十次以上，該策略可有效用于有機(jī)液體的半固化和溢油回收。該項(xiàng)研究以“Locking volatile organic molecules by subnanometer inorganic nanowire-based organogels”為題，于2022年7月1日發(fā)表在Science上 (Science 377:100–104 (2022)), 第一作者是張思敏博士。 

　　論文作者首先制備了Ca-POM納米線，并通過透射電子顯微鏡（TEM）、原子分辨率球差校正透射電子顯微鏡(AC-TEM)、原子力顯微鏡（AFM）和小角X射線衍射(SXRD)等技術(shù)研究了納米線的形貌，然后通過X射線光電子能譜（XPS）和能量色散X射線能譜（EDS）獲得了納米環(huán)的元素組成，通過傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）研究了納米線的組分及結(jié)構(gòu)。此外，還對Ca-POM納米線凝膠進(jìn)行了分子動力學(xué)（MD）模擬。SAXS結(jié)果顯示，當(dāng)凝膠薄片被拉伸時，二維SAXS圖案是各向異性的，表明凝膠中的納米線在張力作用下有一定程度的取向。所以在力學(xué)測試中發(fā)現(xiàn)，對于相同的凝膠，拉伸彈性模量高于壓縮彈性模量。這正是因?yàn)楫?dāng)凝膠拉伸后，納米線網(wǎng)絡(luò)在張力作用下發(fā)生了一定的取向，而當(dāng)凝膠被壓縮時，納米線沒有有序排列以抵抗壓縮。 

　　相關(guān)工作鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7574 

　         　圖1. Ca-POM納米線-有機(jī)液體凝膠。 圖2. 納米線-辛烷凝膠的彈性展示，散射圖像和力學(xué)性能。