荒涼的西伯利亞，自然誕生的MOFs

編輯部實習生 7年前 (2016-08-16) 3311瀏覽

材料牛注：金屬有機骨架化合物作為一種前沿材料，一直是通過人工合成的方法得到的，科學界也認為這種復雜的物質只能通過非自然的途徑獲取。但是有一些科學家似乎用上了“洪荒之力”，在荒涼的西伯利亞永久凍土煤礦中發現了它們。

圖1-hotnewmateri 圖1 人工合成的草酸鋁鈉石單晶

金屬有機骨架化合物，亦稱MOFs，當前最熱門的多孔隙固體材料之一，該人工合成材料的概念最初于20世紀90年代被提出。時至今日，世界各地的科學家仍在研究如何將這種材料作為分子海綿并在儲氫、碳匯和光伏發電等領域取得一定應用。

最近加拿大和俄羅斯的科學家驚奇地發現MOFs存在于自然界中，盡管目前為止人們只在西伯利亞煤礦中發現了它。

該項發現已被刊登于Science Advances上，其主要作者、麥吉爾大學（McGill University）化學系副教授Tomislav Fri??i?說：“這項發現徹底改變了人們長期持有的這種熱門材料（MOFs）只能人工設計制造的觀念，并提出MOF礦藏存在的可能性。”

這項發現的曲折歷程始于六年前，那時Fri??i?偶然在加拿大的一本礦物學雜志上接觸到了綠草酸鈉礦和草酸鋁鈉石礦的概念。這些于20世紀40年代到60年代間在俄羅斯被發現的礦物的晶體結構尚未完全確定，但發現它們的俄羅斯礦物學家已用X射線粉末衍射技術分析了它們的化學組成及結構的基本參數。對于Fri??i?來說，這些參數說明這些礦石在結構上與某些人造MOF很相似。

圖2-hotnewmateri 圖2 人工合成的草酸鋁鈉石晶體聚集體

Fri??i?的好奇心被點燃了，他開始到處尋找稀有礦石的樣本，并接觸了俄羅斯及其他地方的專家、博物館和供應商。在圣彼得堡礦物博物館承諾的幫助沒有兌現后，麥吉爾大學（McGill University）Fri??i?研究團隊里的一位研究生——Igor Huski?把目光轉向了這些礦石類似物的合成并取得了成功。但他們的工作并沒有被重要期刊所接受，部分原因在于這些礦物的初步描述已經被俄羅斯一本礦物學期刊報道過了。

之后，麥吉爾大學（McGill University）的化學家們迎來了轉機:在一名委內瑞拉晶體學家的幫助下，他們與兩位杰出的俄羅斯礦物學家——圣彼得堡國立大學（Saint Petersburg State University）Sergey Krivovichev教授和俄羅斯莫斯科國立大學（Lomonosov Moscow State University）Igor Pekov教授取得了聯系。

Krivovichev 和 Pekov均可取得這些深埋于西伯利亞永久凍土下的煤礦中的、發現于幾十年前的稀有礦物的原始樣本，并且這些俄羅斯專家有能力確定這些礦物的晶體結構。他們的發現很好地證實了麥吉爾大學（McGill University）研究團隊在實驗室合成中取得的初步研究成果。

圖3-hotnewmateri 圖3 自然界中草酸鋁鈉石礦物的晶體結構片段