多孔有机笼膜材料纳滤机理的分子模拟教学实验设计

计算机分子模拟已成为一种必不可少的科研手段,设计分子模拟教学实验可以帮助学生深入了解分子模拟技术的基本原理和操作方法,拓宽学生对科研方法的认知。该教学实验设计基于非平衡动力学算法模拟多孔有机笼膜材料的纳滤机理。通过背景调研、模型构建、算法设定、数据处理、理论分析五个教学板块指导学生了解分子模拟的基本操作流程;以多孔有机笼作为新兴多孔材料的代表,引导学生从分子层面探索纳滤过程的微观机制。该教学实验设计将学科前沿的新材料引入化工分离过程教学实践,紧密结合膜分离热点话题,实现了传统课程与学科前沿的有机结合,提升了学生的理论知识面和科研素养。

多孔有机笼配体的合成及催化性能研究

文章通过两步反应简单高效地制备出目标多孔有机笼RCC3,将其作为配体和CuBr_(2)配位构建多孔有机笼配合物RCC3@Cu。采用X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和电喷雾电离质谱(electrospray ionization mass spectrometry,ESI-MS)表征RCC3@Cu的结构与组成,结果表明,RCC3@Cu配位稳定,有望用于介导原子转移自由基聚合(atom transfer radical polymerization,ATRP)。采用RCC3配体介导甲基丙烯酸甲酯(MMA)的ATRP,2 h其转化率达到80%,聚合物分散性指数(polymer dispersity index,PDI)为1.15;最终转化率为98.5%,PDI为1.16。聚合动力学显示RCC3介导的ATRP为近似一级反应动力学,符合活性聚合特征。该文研究RCC3配体介导不同类型单体的聚合,验证了RCC3配体具有单体泛用性。研究结果表明,RCC3体可有效应用于ATRP催化,有进一步研究价值。

水稳定的多孔有机分子笼

近十几年来,多孔有机分子笼(POCs)发展迅速,其在有机溶剂中具有良好的溶解性,被广泛应用于主客体的包封、分子分离、催化和气体吸附等方面.但通常POCs结构在水溶液中不稳定,限制了其在水环境中应用.因此,了解POCs在水环境中不稳定的原因以及构建水稳定的POCs是拓展其应用范围的关键.文章综述了构建水稳定POCs的5种方法及其应用,为以后其在水环境中的研究创造了更广阔的应用前景.

有机分子笼封装金属纳米团簇的合成策略与催化应用

金属纳米团簇是由若干金属原子组成的纳米材料,尺寸介于单个金属原子和纳米颗粒之间,具有独特的几何和电子结构,在催化反应中展现出良好的性能.然而裸露的金属纳米团簇由于表面能较高,在催化过程中容易聚集失活.近年来,有机分子笼(organic molecular cages,OMCs)作为一种新兴的多孔材料受到了广泛关注.将金属纳米团簇封装在有机分子笼的限域空间内不仅可以提高其粒径均一性,还可以提高稳定性.有机分子笼的孔道结构完全开放,封装在其内部的金属纳米团簇在氧化、还原、偶联、产氢等反应中仍保持较高的催化活性.本文简要总结了有机分子笼封装金属纳米团簇的合成策略以及这类材料在催化领域的应用.

多孔有机笼材料的应用研究进展

多孔有机笼(POCs)作为一种新型的多孔材料,因其热稳定性高、化学稳定性好、比表面积大等特点近年来受到了广泛关注,不同于金属有机骨架(MOFs)和共价有机骨架(COFs),多孔有机笼是由C、H、N、O、B等轻质元素通过形成共价键从而堆积自组装,所形成的内部空腔是三维笼状结构,具有稳定性且能持久存在。近年来,多孔有机笼在催化、分子分离、传感、气相色谱分离、吸附、储能等方面应用广泛。对其在这6个应用方面阐述了多孔有机笼的研究进展,并对多孔有机笼合成及应用的过程中存在的问题和未来的发展进行了分析和展望。

金属-多孔有机分子笼纳米复合物的研究进展

多孔有机分子笼(POC)是一类具有固定腔隙的离散分子,因其稳定的孔隙结构、较高的比表面积和良好的可溶性,正成为一类可用于容纳特定大小的分子或离子的新兴功能性材料.除此之外,该类材料中稳定存在的开放孔隙结构,使其在气体分离与储存、传感器件、药物运输等领域具有广泛的应用,已逐渐成为国内外研究的热点.目前,多孔有机分子笼存在能与金属结合的位点,并具有空间限域效应,能有效防止金属纳米颗粒的团聚,故常被用于特定尺寸金属纳米颗粒的制备,从而形成金属-多孔有机分子笼纳米复合材料.多孔有机分子笼不仅可调控金属纳米粒子的大小,还可通过多孔笼体结构的保护,在不影响其原子表面可及率的条件下,稳定其微纳结构.相比于传统金属纳米催化剂,金属-多孔有机分子笼纳米复合物不仅具有更优越的稳定性,还可提供更多的催化活性位点.总结了近年来金属-多孔有机分子笼复合领域的研究成果,以及其应用领域的重要进展,为金属-多孔有机分子笼纳米复合物在催化、传感、医学等方面的后续研究提供启示.

有机分子笼的合成及应用

近年来,作为一类具有永久空腔结构的三维有机分子,有机分子笼引起了科研工作者的广泛关注,在超分子化学中(主要是主客体相互作用)扮演着重要角色。早期研究中通常采用不可逆法制备有机分子笼,往往存在反应步骤多、分离提纯复杂、合成难度大等问题。为了有效解决上述问题,研究人员将动态共价化学引入到有机分子笼的合成中,从而简单、高效地制备出一系列不同的有机分子笼。关于有机分子笼的应用研究也在不断拓展中。研究发现,有机分子笼不仅在分子识别、分子反应器等方面存在广阔的应用前景,而且其可以通过自组装形成多孔材料,在气体吸附、分离等领域展现了巨大的应用潜能。本文中,我们综述了有机分子笼在合成方法(主要基于动态共价化学反应)及应用研究方面的最新进展。