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顛覆傳統觀念 化學領域大發現 「鹼土族金屬」可用於建造超分子盒子

中央社/ 2015.04.30 00:00
顛覆傳統觀念

化學領域大發現

「鹼土族金屬」可用於建造超分子盒子

(中央社訊息服務20150430 13:40:08)長久以來,人工合成的分子組裝建構成猶如3D盒子般的「超分子盒子」都要仰賴具方向性鍵結的「過渡金屬」,成功大學化學系教授許拱北率領研究團隊經過多年努力則有顛覆傳統的大突破,證明不具方向鍵結的「鹼土族金屬」也能參與分子組裝,此重大發現,預料將帶動許多新的化學反應以及新的應用;國際期刊-歐洲化學(Chemisty-A European Journal) 5月4日將刊載團隊的研究成果,並選為熱門論文(hot paper)。

分子的世界中,分子與分子間會依據彼此形狀的辨識與吸引力的感受,在溶液中自動堆成各式各樣,具有一定形狀的構造,科學上稱為自組裝行為,自組裝行為也稱為超分子自組裝。若以樂高積木的概念來設想,可依積木形狀、大小,積木自行堆疊成宮殿或變形金剛等。

許拱北教授指出,超分子自組裝的形狀、結構、種類很多,除了自然界的超分子組裝外也可以人工引導合成,各式各樣的超分子組裝裡,科學界對「超分子盒子」最感興趣,因為可以在盒子空間裡塞入不同特性的分子或離子,做出所要的化學反應,或做成科學材料或元件。

早年,人工合成分子盒子都採用有機物質,但難度頗高;80年代發展出以具方向性鍵結的「過渡金屬」合成超分子盒子,此一合成很容易控制盒子的形狀包括產生90度的角度。此後,人工合成都會考慮以過渡金屬來合成;鹼土族金屬因不具方向性,很難加以控制盒子的形狀,人工合成超分子盒子時,都將鹼土族金屬排除在外。

在科技部專題計畫經費資助下,許拱北教授率博士生王啟蒼、許樂群,兩年前在實驗室採用水熱合成法做實驗,得出含鎂化合物,然後進一步設計以鎂化合物結合其他化合物,想要得出新的發光化合物,遂加入含銥(具發光特性)的化合物,如願得到所要結果,團隊以X光繞射新的發光化合物所生成的晶體,驚奇的發現其結構竟是「鎂金屬參與建造的3D超分子盒子」,畢竟長久以來的觀念都認為,鈹、鎂、鈣、鍶、鋇等鹼土族金屬,因不具方向性,從來不被科學界認為是可以參與建造超分子盒子的。

為了證實鹼土族金屬也可以建造超分子盒子,團隊決定以簡單的酸鹼中和法重做先前的發現,看看能不能得到相同的結果,將甲醇、鹽類加入酸、鹼,無意外的重現,氫氧化鎂與含銥的分子酸會形成奈米大小超分子盒子。

如果不放入鹽類,甲醇中的酸鹼中和得到的含鎂與銥的物質,為一個聚合物,其中鎂離子與四個氧原子形成平面四邊形;如果放入鹽類,甲醇中的酸鹼中和就會受到影響而得到超分子盒子;其中,鎂離子與六個氧原子形成八面體;證明鹼土族金屬,不具方向性。

許拱北教授欣喜的說,不具方向性的鹼土族金屬可以參與建造超分子盒子,是科學上觀念的突破,徹底顛覆了科學界傳統思維,可說是極重大的發現;過去人工合成的「超分子盒子」,用的都是過渡金屬(金、銀、銅、鐵、鉑等),成大實驗證明鹼土族金屬鎂也可以合成超分子盒子,可以想見,未來人工超分子盒子的合成會更加的多樣性,世界有可能因此產生許多新的化學反應或新的材料與應用,怎能不令人興奮。

訊息來源:成功大學

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http://www.cna.com.tw/postwrite/Detail/169623.aspx

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