華南理工大學化學與化工學院李映偉教授（左三）團隊 記者 湯銘明 攝
首次以第一單位在《科學》主刊發表論文；新材料將首先在石化煉油和生物製藥領域發揮作用
金羊網訊 記者李鋼、通訊員王雲昀報導：中國科學家攻克了一項多孔材料領域的世界級難題——人類歷史上首次「製造」出了孔徑大、排布有序的多孔單晶體結構。12日，國際頂級學術期刊《科學》雜誌在線發表了這項研究論文：《有序大孔——微孔金屬有機骨架單晶》。
該項目由華南理工大學化學與化工學院李映偉教授團隊、美國德克薩斯大學聖安東尼奧分校陳邦林教授、沙特阿卜杜拉國王科技大學韓宇教授和西班牙科爾多瓦大學Rafael Luque教授合作。這是華南理工大學首次以第一單位在《科學》主刊上發表論文。
什麼是「多孔材料」？李映偉介紹，現實生活中的多孔材料並不陌生，比如珊瑚礁、海綿、紅酒軟木塞以及石化中使用的煉油劑等。但是在這個領域，有一個一直未被攻克的難題——如何讓「孔」大而整齊，同時材料本身為單晶體結構。「以前，科學界一般只能做到兩點，要麼大而整齊，要麼大而單晶。」
同時實現這三個條件有什麼好處？李映偉解釋：如果孔徑大，就可以讓大分子結構進入孔道裡；孔道整齊，則可以節省分子擴散的距離，而如果是單晶體，則結構上更為穩定，不易坍塌。
為攻克這一難題，華南理工大學的沈葵副研究員（論文的第一作者）和李映偉（論文的共同通訊作者）精心設計，首次提出了一種三維有序模板法和雙溶劑法結合的合成策略。在合成過程中，他們創新使用甲醇-氨水作為雙溶劑，終於研製出了世界上第一個能夠做到大/微孔、有序的單晶體材料。為實現這一目標，團隊付出了三年的不懈努力。
沈葵告訴羊城晚報記者，研製出的單晶體是一個十四面體結構，由六個正方形和八個三角形構成，同時有序大孔在單晶內定向排列，從而使得有序大孔、有序微孔以及規整單晶結構有機地統一在一種多孔材料中；並且，簡單地通過改變晶化調節，就可以控制單晶的尺寸和單晶內大孔的直徑。
沈葵還說，他們在篩選了很多溶劑過程中發現，氨水雖然可以快速地誘導前驅體形成有序、大孔的效果，但得到的材料是多晶獨石結構；而甲醇雖然可以誘導形成單晶體，但是卻是個實心體，所以他們就嘗試將兩者結合起來使用，最終收穫了成功。
李映偉說，這一成果的問世，首先會在兩個應用領域大顯身手：一是催化，二是生物醫藥。他舉例，在石化煉油過程中，這種材料可以容納長鏈分子，催化效率會非常好；而用這種材料製作藥物膠囊，則可以在其內表面容納更多的藥物大分子，同時又可以實現緩慢釋放，更好地實現藥效的持續性。
編輯：鄔嘉宏