京都大學開發出一種新型多孔性材料。相較於在2025年諾貝爾化學獎中受到關注的金屬有機框架(Metal–Organic Framework; MOF),新材料具有更高的機械柔軟性,可望更有利於氣體儲存與分離等化學產業應用。MOF為具有高度設計性奈米孔洞的結晶性多孔材料,透過分子間強鍵結形成三維網狀結構,雖具優異的孔隙控制能力,但同時呈現「高剛性且脆性大」的特性,以致實用化有所限制。因此,如何兼顧多孔性與機械柔軟性成為材料開發的重要課題。
此次京都大學著眼於分子的「連接方式」,改以弱相互作用建構材料結構。研究團隊利用具有內部奈米空間的金屬有機多面體(Metal-Organic Polyhedra; MOP),透過自組裝使分子沿一維方向排列,成功合成寬度約15 nm的多孔性奈米纖維,並以這些奈米纖維進一步交織形成氣凝膠(Aerogel)材料。
與三維強鍵結的MOF相比,一維結構的多孔性奈米纖維氣凝膠展現出優異的柔軟性,即使在大幅壓縮下仍可變形而未被破壞。此外,由於分子間主要透過凡得瓦力(van der Waals force)等弱作用力連結,其結構可在微小外力(如振盪)下進行可逆的聚集與解離,克服既有強鍵結材料一旦破壞即難以恢復的缺點。
此項特性亦帶來高度加工性,使材料能依模具自由成形。研究指出,此一材料設計概念不僅適用於MOP,也可擴展至其他多面體分子系統,可望為氣體分離與儲存等須成形多孔材料的產業,提供新的材料設計指引並加速實用化進程。