金屬有機框架（MOF）是近年來得到廣泛重視的一種新型材料，其納米多孔結構的孔洞大小、形狀、功能都可調控，這樣就能實現多種其他材料無法企及的功能。例如，以可控的方式儲存以及釋放氣態或液態化合物，這對于氣體分離、氫氣儲存甚至靶向藥物遞送都有重要意義。

    一般來說，MOF的吸附能力會隨著壓力、溫度甚至光照而變化。在正常情況下，外界壓力越大，其吸附的物質越多，直到達到飽和。然而，最近《Nature》報道了德國德累斯頓工業大學教授Stefan Kaskel為首的德國和法國研究團隊研發的一種“不正常”的MOF材料，名為DUT-49，它的吸附性質堪稱奇特：當壓力增加到一定程度后，這種材料會突然收縮，并“吐出”之前已經吸附的氣體。這種氣-固相互作用的新現象被Kaskel等人命名為負性氣體吸附（negative gas adsorption, NGA）。（A pressure-amplifying framework material with negative gas adsorption transitions. Nature, DOI: 10.1038/nature17430）

DUT-49三維結構示意圖。圖片來源：Technische Universität Dresden

    DUT-49由碳骨架和銅原子通過自組裝而形成，是一種極為多孔的粉末——每1克這種材料的內表面積為5000平方米！所以DUT-49能夠吸附相當于其重量三分之一的甲烷。

掃描隧道顯微鏡下的DUT-49晶體。圖片來源：Technische Universität Dresden

    研究人員在測試DUT-49的氣體吸附性質時，意外地發現了這種負性氣體吸附現象。當壓力增加到一定程度后，材料突然收縮并釋放之前已吸附的氣體，進而進一步提高整個系統的壓力。一開始研究人員們還以為是儀器發生了故障，因為數以百萬計的其他能吸附氣體的材料中沒有一種會表現的如此“不正常”。然而，接下來的進一步原位粉末X-射線衍射以及氣體吸附試驗及模擬，確認了這種負性氣體吸附現象的確存在。

    該團隊也已經能夠描述其機制：存儲在DUT-49孔洞中的氣體分子與其固體結構產生了很強的相互作用；隨著吸附的氣體量增加，這種相互作用會干擾該DUT-49中的原子排列，并最終導致其收縮。這個特殊的吸附行為已經被丁烷和甲烷的測試所證實，預計也適用于其他氣態化合物。

    DUT-49這種“不正常”的吸附性質，開辟了研究這種彈性多孔MOF材料及其獨特性能的新研究領域，可能會促進救生器材、納米開關、納米傳感器等等應用領域的研發。

    1. http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17430.html

    2. https://tu-dresden.de/tu-dresden/newsportal/news/wissenschaftler-der-tu-dresden-erforschen-neues-phaenomen-im-bereich-der-poroesen-materialien-veroeffentlichung-in-nature

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責任編輯：王元

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