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科学家们提出了空心多壳结构的新特性

中国拼图球是一种华丽的装饰艺术品,由多个相互独立运动的同心贝壳组成。在最近的十年中,中国科学家提供了一种通用的方法来制造概念上类似的纳米尺度结构,称为空心多壳结构(HoMS)。

科学家们提出了空心多壳结构的新特性

由中国科学院过程工程研究所(IPE)的王丹教授领导的一项新研究提出了一种新的概念,即HoMS中的时空排序和动态智能行为。它于2月11日发表在《自然评论化学》上。

与单壳空心球或纳米颗粒不同,HoMS在从能量转换和存储到催化的领域具有潜在的应用,因为它避免了纳米颗粒的容易团聚,保持了有效表面积的优势,并有利于质量传递。

在他们工作的第一阶段,该小组开发了一种用于制造HoMS的简便的顺序模板方法(STA)。这种方法实现了对壳数,厚度,距离和小面暴露的精确控制,从而调节了表面性质和HoMS材料的界面。

具体来说,多壳将空间分成各种相对隔离的子空间。同时,每个壳上的异质孔促进了小分子的传输。

Wang说:“当分子或电磁波通过HoMS扩散时,它会经历一系列固定的环境,并且在每个环境中花费可控的时间。” “基于对结构属性关系的理解,我们将HoMS的这一特定特征称为“时空排序”。”

有趣的是,在蓝细菌的天线系统中,以一定顺序加载不同的天线色素以实现光能的顺序收集,这是自然时空排序的示例。这种特殊的结构确保了快速,精确的途径来积累大量的氧气,从而延长了氧气的使用寿命。

Wang说:“受自然界的启发,我们相信独特的结构表明HoMS在顺序电磁波收集,级联催化反应,持续药物释放和混合能量存储技术中的应用前景广阔。”

该小组还提出了另一个有希望的主张:在多个化学环境中具有隔离空间的HoMS可以表达动态智能行为。

通过化学修饰,HoMS可以结合靶标,并且还可能在所需的时间自我进化以具有所需的特性,这在化学工程和生物化学领域将是非常需要的。

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