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玩命科研!他在跳傘過程中做化學(xué)實(shí)驗(yàn)

來源:化學(xué)加      2016-07-20
導(dǎo)讀:一群膽大的化學(xué)博士生,為了拿到失重條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),竟然玩起了跳傘。并且,他們還以此發(fā)了一篇學(xué)術(shù)論文。

墨爾本,14000英尺的高的飛機(jī)上,Mattias Bjornmalm和他的伙伴們有些不安地等待著跳傘教練的指令。


看起來似乎和普通的跳傘體驗(yàn)者毫無二致,但Mattias Bjornmalm和他們的伙伴們卻不是為跳傘的緊張刺激而來,他們有著更為神秘的目的——要在下降的過程中做一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

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這可不是什么科學(xué)真人秀的橋段。Mattias Bjornmalm是墨爾本大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院的一個(gè)博士生,他們手中握著自制的簡(jiǎn)易反應(yīng)裝置,一旦自由落體開始,他們要在緊張刺激中啟動(dòng)這個(gè)化學(xué)反應(yīng)。

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這是一個(gè)什么樣的科研?

Mattias Bjornmalm所在的科研小組正在用這個(gè)跳傘實(shí)驗(yàn)來證明重力是如何影響金屬-有機(jī)框架(MOF)晶體的形成。這項(xiàng)研究的主持人是材料科學(xué)家Joseph Richardson。


MOF是近些年來化學(xué)領(lǐng)域的一大研究熱門,所謂的MOF,其實(shí)是一大類特殊的配位聚合物,具有三維的孔結(jié)構(gòu),一般以金屬離子為連接點(diǎn),有機(jī)配位體支撐構(gòu)成空間3D延伸。系沸石和碳納米管之外的又一類重要的新型多孔材料。其最重要的特點(diǎn)就是超高的比表面積,一小勺MOF粒子的表面攤開來甚至有足球場(chǎng)大小。它在催化、儲(chǔ)能、醫(yī)藥等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大應(yīng)用前景。


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影響MOF晶體結(jié)構(gòu)的因素很多,比如溫度、溶劑、添加劑等等,而另外一個(gè)重要的影響因素——重力——?jiǎng)t往往被忽略。Joseph Richardson希望能夠針對(duì)重力對(duì)MOF晶體形成機(jī)理做出更詳細(xì)的探究,只有搞清這些機(jī)理,反過來才能指導(dǎo)科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)性能更加優(yōu)異的MOF。


以往的研究表明,離心造成的超重環(huán)境下MOF呈現(xiàn)無定形,Joseph Richardson則想知道另一個(gè)極端——失重環(huán)境下,形成的MOF會(huì)有什么不同?但是,要想獲得長時(shí)間的失重條件可不容易。在國際空間站上騰個(gè)地方做點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?不是不可以,但成本極其巨大。無人機(jī)?熱氣球?卻無法人為啟動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。Joseph Richardson最終想到了跳傘,當(dāng)他在組會(huì)上說出這個(gè)提議之后,他的博士生,Matthew Faria, Fabio Lisi勇敢地站了出來,于是便有了這一場(chǎng)跳傘化學(xué)實(shí)驗(yàn)之旅。

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科學(xué)也瘋狂!

他們知道自己的行為有多么瘋狂。雖然身為熱血沸騰的無畏少年,Mattias Bjornmalm也承認(rèn)跳傘前非常緊張。不過,比起跳傘本身所帶來的緊張,他們更擔(dān)心的是是否能獲得有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

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Mattias Bjornmalm在起跳前的緊張之情溢于言表


幸虧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的是一行三人,因?yàn)橛幸粋€(gè)樣品在跳傘過程中便受到了損壞。在自由落體開始的瞬間,他們讓兩種溶液彼此混合以產(chǎn)生MOF。平安到達(dá)地面后,等待在地面的同組人員Junling Guo馬上趕過來并接過樣品進(jìn)行后續(xù)的處理與測(cè)試。

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最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,失重環(huán)境下的MOF的尺寸的確有著明顯的不同。

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之所以會(huì)有這種現(xiàn)象,研究者也提出了一定的解釋。簡(jiǎn)單地來說,失重環(huán)境下,重力造成的MOF粒子移動(dòng)趨勢(shì)要小的多,而擴(kuò)散則占了主導(dǎo)地位。因此,單體重排現(xiàn)象更加明顯,所形成的晶體尺寸也更大。研究者們進(jìn)一步整理了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,相關(guān)研究發(fā)表在今年的《European Journal of Inorganic Chemistry》。


當(dāng)然,利用重力來控制MOF晶體僅僅停留在理論階段,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)暫時(shí)沒有多大的借鑒意義。但任何一種機(jī)制和理論的發(fā)現(xiàn)都具有著科學(xué)意義,只是人們目前的認(rèn)知水平左右著這個(gè)意義的大小,但這并不影響人們想要去發(fā)現(xiàn)它的動(dòng)力。人類知識(shí)寶庫越發(fā)龐大,人類所能改造世界造福自己的能力就會(huì)越發(fā)巨大,這就是科學(xué)的魅力所在。Joseph Richardson用他們勇敢的行為向人們展示了科學(xué)工作者們?cè)谔綄ふ胬磉^程中的大無畏精神。誠所謂“朝聞道夕死可矣?!痹诔浞直WC自身安全的情況下,科研界需要這樣勇敢的人!


參考文獻(xiàn):

Richardson, J. J.; Liang, K.; Lisi, F.; Bj?rnmalm, M.; Faria, M.; Guo, J.; Falcaro, P., Controlling the Growth of Metal-Organic Frameworks Using Different Gravitational-Forces. European Journal of Inorganic Chemistry 2016, DOI: 10.1002/ejic.201600338

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