Forskere udvikler klyngeglas til fluorescens og ikke-lineære optiske egenskaber

Glas kan syntetiseres gennem en ny "krystal-væske-glas" fasetransformation. Krystallinske materialer kan finjusteres til ønskede egenskaber såsom forbedret masseoverførsel og optiske egenskaber gennem koordineringskemi og designprincipper for gitterkemi.

Men hvordan man inducerer den lokale strukturelle uorden af ​​krystallinske materialer for at opnå glasovergang, er stadig en udfordring, fordi de fleste af dem undergår nedbrydning før smeltning.

I det metal-organiske rammesystem er udforskningen af ​​glasagtige tilstande begrænset til nogle få modelforbindelser såsom ZIF-4, ZIF-62 og ZIF-8. Der er behov for at bryde begrænsningen af ​​metaller og ligander i "krystal-væske-glas"-processen og for at udvikle glassyntesevejen for universelle krystallinske materialer.

I en undersøgelse offentliggjort i Angewandte Chemie International Edition , en forskergruppe ledet af prof. Zhang Jian og prof. Fang Weihui fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter af det kinesiske videnskabsakademi rapporterede de smeltbare molekylære aluminiumringe med fluorescens og ikke-lineære optiske egenskaber.

Inspireret af egenskaberne ved blandinger af dybe eutektiske opløsningsmidler (DES), der involverer betydelige nedsættelser af smeltepunkter sammenlignet med deres pæne bestanddele, designede og syntetiserede forskerne de første eksempler på smeltbare aluminiumoxoklynger via gitterdoping med DES'er på molekylært niveau.

Denne form for molekylær ringforbindelse gennemgår en krystal-væske-glas-proces efter opvarmning. De rigelige og stærke hydrogenbindinger mellem den molekylære aluminiumring, DES-komponenter og gitteropløsningsmidlet i strukturen anses for at være årsagen til det lavere smeltepunkt. Denne gitter-doping-bindingsmetode giver en generel forberedelsesmetode til udvikling af klyngeglas.

Forskerne bestemte sammensætningsændringerne af forbindelserne før og efter smeltning og bratkøling ved moderne karakteriseringsmetoder og in situ temperaturovervågning (TG-IR-MS). De forsøgte at blande DES-opløsningsmiddel med en tom Al8-ring ved fysisk doping og fandt intet smeltefænomen i blandingen efter opvarmning, hvilket beviser vigtigheden af ​​at dope DES-komponenten i gitteret, det vil sige, at DES-komponenten danner en "supracluster"-struktur med aluminium molekylær ring.

På grund af plasticiteten af ​​det "bløde materiale" af klyngeglas undersøgte forskerne dets bearbejdelighed og optiske egenskaber. De forberedte den boblefri glasfilm ved en simpel "varmpresning"-metode under atmosfærisk tryk og bibeholdt godt luminescensen og tredjeordens ikke-lineære effekt svarende til den originale krystal.

Dannelsen af ​​denne klyngeglasfilm kræver ikke yderligere blandede medier, hvilket er forskelligt fra den traditionelle substratbindingsmetode, hvilket afslører fordelene ved klyngeglas.

Denne undersøgelse viser potentialet af aluminiumrelateret glas fremstillet af det tredje mest udbredte metal i jordskorpen for bæredygtig udvikling. Strategien, der kombinerer den molekylære aluminiumring og den ioniske væskekomponent overvinder begrænsningen af ​​metal- og ligandtypen af ​​krystalglas og giver en bedre tilgang til studiet af "krystal-væske-glas."

Flere oplysninger: San-Tai Wang et al., Smeltbare molekylære aluminiumringe med fluorescens og ikke-lineære optiske egenskaber, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202400161

Leveret af Chinese Academy of Sciences