科技日報北京10月24日電 （實習(xí)記者張佳欣）由美國西北大學(xué)化學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在表面科學(xué)方面取得突破，開發(fā)出一種名為機械吸附的新吸附機制。研究表明，人工分子機器可實現(xiàn)主動吸附。研究結(jié)果在線發(fā)表在21日《科學(xué)》雜志上。

　　新研究展示了如何將人工分子機器（完全合成的分子部件，可以產(chǎn)生類似機器的運動）嫁接到表面上，以將環(huán)狀分子高濃度聚集到表面，存儲大量能量。這一技術(shù)在催化劑、能量儲存和環(huán)境修復(fù)等方面至關(guān)重要。

　　機械吸附由非平衡泵送在吸附劑（表面）和吸附物（分子）之間形成機械鍵而得名，其對許多不同分子的儲存和控制釋放具有重要意義。這一新吸附機制利用氧化還原和酸堿化學(xué)反應(yīng)將一系列環(huán)狀分子精確地吸附和脫附在固態(tài)二維金屬有機框架的表面上。

　　論文通訊作者、西北大學(xué)的弗雷澤·斯托達特爵士表示，這項研究是自20世紀30年代物理吸附和化學(xué)吸附成為研究的當(dāng)務(wù)之急以來，表面化學(xué)領(lǐng)域的第一次重大基礎(chǔ)性進展。

　　2016年，斯托達特與另外兩名科學(xué)家因在分子機器的設(shè)計與合成方面取得突破而共同獲得諾貝爾化學(xué)獎。他們發(fā)明了“全世界最小的機器”，將分子合成在一起，使其成為極微小的電機和傳動裝置，比一根頭發(fā)絲的千分之一還要細。

　　斯托達特說：“這種機械吸附機制與噴霧罐有一些共同的特點，在高壓下儲存，按下扳機就可以釋放?！比欢?，機械吸附的物質(zhì)即使在遠離熱力學(xué)平衡的情況下也能保持機械平衡。觸發(fā)釋放的機制只涉及擴散，且實際過程非常快。

　　在20世紀30年代，歐文·朗繆爾和約翰·倫納德—瓊斯觀察到，吸附物通過范德華作用（物理吸附）和/或電子相互作用（化學(xué)吸附）與表面相互作用。吸附通常被認為是一個被動的過程，在這個過程中，吸附物從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動，因此表面吸附物的濃度總是朝著平衡方向變化。然而，在此次研究中，研究人員證明，可以使用人工分子機器實現(xiàn)主動吸附。

　　這項技術(shù)為廢物和污染物的隔離、貴金屬的回收、多相催化、多種形式的化學(xué)和生物分析與分離科學(xué)，以及許多其他技術(shù)提供了基礎(chǔ)，也為氫、二氧化碳和甲烷等氣體的儲存打開新局面。

　　總編輯圈點

　　2016年的諾貝爾化學(xué)獎讓人們知道了有一種納米尺度上的機械裝置，它們和宏觀機器一樣，但可以使細胞分裂，還可以像分子馬達?？茖W(xué)家們正發(fā)揮想象力讓這種小家伙更加智能，譬如有些能依據(jù)外部信號進行調(diào)節(jié)改變，又譬如本文中，能在固體表面實現(xiàn)主動募集和吸附分子。無疑，分子機器在發(fā)揮其巨大的潛在功能，就如化學(xué)家所言：其力量不在于我們?nèi)ダ斫馑?，更在于去?chuàng)造它，從而為人類制造出前所未有的分子和材料工具。

（《科技日報》2021年10月25日第  4  版。）