离子调控冰的重结晶用于制备多孔材料-北京大学.PDFVIP

物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) August Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33 (8), 1505− 1507 1505 [Highlight] doi: 10.3866/PKU.WHXB201705126 离子调控冰的重结晶用于制备多孔材料 刘忠范 (北京大学化学与分子工程学院，北京 100871) Ion Specific-Effects on Ice Recrystallization Provides Templates for Controllable Porous Materials LIU Zhong-Fan (College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, P. R. China) 结冰是自然界中常见的相变过程。近地面的 斯瓦尔德熟化现象：即冰晶演化过程中，因为大 冰晶能够为诸多化学反应提供必要的反应界面与 冰晶的表面能比小冰晶的表面能小，导致大冰晶 反应载体，进而深刻影响地表环境变化与地质结 变大而小冰晶变小甚至消失的现象。冰的重结晶 构变迁。结冰同时也是生命、大气、海洋、环境 在自然界中非常常见而且在诸多方面有着至关重 和航天航空等领域重要的科学问题, 长期以来受 要的影响，例如：食物储存、极寒地区生物的生 1,2 到科学家的高度重视 。围绕结冰现象的相关领 存、细胞和器官的低温冷冻保存、冰川运动，洋 3,4 5,6 5,7 域例如：成核 ，生长 ，以及重结晶 也得到 流变迁以及大气臭氧的含量等等。因此研究冰的 了广泛深入的研究。其中，冰的重结晶是一种奥 重结晶机制，实现对冰的重结晶过程的调控就具 图1 离子类型影响重结晶后冰晶畴尺寸 1506 Acta Phys. -Chim. Sin. 2017 Vol.33 有极其重要的价值。 相冰的能力不同：氟离子很难进入体现冰( 图2a) ， 最近中国科学院化学研究所王健君研究员课 而碘离子就比较容易进入冰晶(图2(a, b)) 。难以进 题组和美国内布拉斯加大学林肯分校的 ZENG 入冰晶的离子会存在于冰水界面，从而阻止冰晶的 Xiao Cheng 教授课题组合作，研究了不同离子对 重结晶。 冰的重结晶特异性影响，相关成果发表在 Nature 由于冰晶晶畴尺寸在大范围内可调，而冰的重 8 Communication 杂志上 。研究人员发现了水溶液 结晶是动力学稳定态过程，所以冰重结晶为冰模板 中的离子类型对重结晶后的冰晶晶畴尺寸有非常 法可控制备两维和三维多孔材料提供了新的方法。 大的影响：当水溶液中有氟离子时，重结晶后冰 图3 显示以重结晶后的冰晶为模板，将高分子、量 晶晶畴小；与之相对的，水溶液中有碘离子时， 子点和高分子胶体粒子组装成孔径可调的2D 和3D 重结晶后冰晶晶畴大；通过采用不同离子使冰晶 材料。 畴尺寸能在20–280 μm 范围内连续可调( 图1)。 这一成果在实验上首次发现了不同离子对冰 他们进一步通过分子动力