Glas kan syntetiseras genom en ny "kristall-vätske-glas" fastransformation. Kristallina material kan finjusteras för önskade egenskaper såsom förbättrad massöverföring och optiska egenskaper genom koordinationskemi och designprinciper för rutnätskemi.

Hur man framkallar den lokala strukturella störningen hos kristallina material för att uppnå glasövergång är dock fortfarande en utmaning eftersom de flesta av dem genomgår sönderdelning innan de smälter.

I det metallorganiska ramverket är utforskningen av glasartade tillstånd begränsad till ett fåtal modellföreningar såsom ZIF-4, ZIF-62 och ZIF-8. Det finns ett behov av att bryta begränsningen för metaller och ligander i "kristall-vätske-glas"-processen och att utveckla glassyntesvägen för universella kristallina material.

I en studie publicerad i Angewandte Chemie International Edition , en forskargrupp ledd av prof. Zhang Jian och prof. Fang Weihui från Fujian Institute of Research on the Structure of Matter vid den kinesiska vetenskapsakademin rapporterade de smältbara molekylära aluminiumringarna med fluorescens och olinjära optiska egenskaper.

Inspirerade av egenskaperna hos blandningar med djupa eutektiska lösningsmedel (DES) som involverar betydande sänkningar av smältpunkter jämfört med deras rena beståndsdelar, designade og syntetiserade forskarna de första exemplen på smältbara aluminiumoxokluster via gitterdoping med DES på molekylnivå.

Denna typ av molekylära ringföreningar genomgår en kristall-vätske-glasprocess efter uppvärmning. De rikliga och starka vätebindningarna mellan den molekylära aluminiumringen, DES-komponenterna och gitterlösningsmedlet i strukturen anses vara grundorsaken till den lägre smältpunkten. Denna lattice-dopningsbindningsmetod tillhandahåller en allmän förberedelsemetod för utveckling av klusterglas.

Forskarna fastställde sammansättningsförändringarna av föreningarna före och efter smältning och släckning genom moderna karakteriseringsmetoder och in situ temperaturövervakning (TG-IR-MS). De försökte blanda DES-lösningsmedel med en tom Al8-ring genom fysisk dopning, och hittade inget smältfenomen i blandningen efter upphettning, vilket bevisar vikten av att dopa DES-komponenten i gittret, det vill säga att DES-komponenten bildar en "suprakluster"-struktur med molekylärring av aluminium.

På grund av plasticiteten hos klusterglasets "mjuka material" undersökte forskarna dess bearbetbarhet och optiska egenskaper. De förberedde den bubbelfria glasfilmen med en enkel "varmpressningsmetod" under atmosfärstryck och bibehöll väl luminescensen och tredje ordningens icke-linjära effekt liknande den för den ursprungliga kristallen.

Formningen av denna klusterglasfilm kräver inte ytterligare blandade medier, vilket skiljer sig från den traditionella substratbindningsmetoden, vilket avslöjar fördelarna med klusterglas.

Denna studie visar potentialen hos aluminiumrelaterat glas framställt av den tredje mest förekommande metallen i jordskorpan, för hållbar utveckling. Strategin som kombinerar den molekylära ringen av aluminium och den joniska vätskekomponenten övervinner begränsningen av metall- och ligandtyp av kristallglas och ger ett bättre tillvägagångssätt för studiet av "kristall-vätske-glas."

Mer information: San-Tai Wang et al, Smältbara molekylära aluminiumringar med fluorescens och icke-linjära optiska egenskaper, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202400161

Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences