本发明涉及一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,属于新材料和剪辑化学领域。
背景技术:
1、本节中的陈述仅提供与本申请公开相关的背景信息,并且可能不构成现有技术。
2、化学界长期以来一直寻求分子键的断裂和重组的有效手段,这是实现物质和材料低成本高效合成和应用的有效手段。同时,分子共价键的裂解和重构是一种重要的化学手段在化学合成与化学研究中,这是先进化学技术的发展推动和丰富了人类社会的发展、生活和技术的进步。剪辑化学往往是通过控制分子在复杂条件下打破部分化学键,并形成活性基团,再由不同类型的活性基团高效地、自上而下地构筑新的功能物质。具有高效、定向、精准等特点,这些特点使其在生物医学、化学化工、先进材料等领域展现出独特的优势。但传统的许多剪辑化学手段通常具有反应条件苛刻,反应流程复杂、副产物多且难分离、能耗较高等问题,不能作为其近期的可持续发展路线。因此,高效、低成本、高灵敏的剪辑材料和策略的开发和探索至关重要。化学品的原料数量和种类相当庞大,例如:醇类物质、醚类物质、酯类物质、烷烃类物质、苯及其衍生物等,他们具有非常相似元素种类,较多的为c、h、o等,化学剪辑中选择性官能团保护/去除允许人们精确地切割和重构复杂分子中的键更是十分重要。因此,我们试图探索和定义室温、常压下实现分子高效、定向剪辑这一突破。
3、液态金属具有独特的物理和化学界面行为,并在室温下呈现液态,是一种新型功能材料。特别是其安全无毒,低熔点、高沸点,高反射率和优异的流动性和自愈合能力使其克服许多传统和技术瓶颈,并在许多领域展现出良好的应用潜力,包括仿生纳米机器人、电子、生物医学工程、3d打印、能源、柔性传感器、电池、电子和微流体等。镓基液态金属的表面性能与传统的固体金属有本质上的不同。镓基液态金属通常呈球形,表面光滑,具有金属光泽。在含氧环境中,其表面自发、快速地形成氧化膜,导致其表面性质和行为的转变。氧化物覆盖在液态金属表面,形成核壳结构,也溶解在酸性或碱性溶液中,恢复原有的光滑性。镓基液态金属的核壳结构表现出各种复杂而独特的现象和效应,在化学工程、功能材料、能源环境、生物医学等领域呈现出巨大的应用前景。液态金属的表面对外部环境和异物非常敏感。大多数镓基液态金属的表面改性策略都依赖于不同的外部环境。
4、镓基液态金属的室温液相转变使其具有优异的表面化学活性,降低表面反应势能。本发明创新地探索了液态金属剪切分子的相关策略和应用,为可再生能源、化学工程、生物医学工程等多个领域提供了新的机遇,也为灵活、高效、低成本的分子剪切提供了一个通用、可调、可扩展的途径。
技术实现思路
1、本发明的目的在于:针对目前精准剪辑化学与分子重构中的操作复杂、条件苛刻等关键问题,提供了一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,在室温、常压下实现了分子的高效、定向剪辑,并且操作简单,为分子定向剪辑提供了全新的方法。
2、本发明的技术方案如下:
3、一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,包括如下步骤:
4、步骤s1:镓基液态金属的制备:按质量分数称取各金属组分,并在氩气(ar)气氛保护下搅拌混匀,制备出镓基液态金属;
5、步骤s2:在室温(25℃)、氩气(ar)气氛保护下,将待剪辑的分子与步骤s1中制备好的镓基液态金属进行混合,搅拌或超声。
6、优选地,步骤s1中搅拌混匀的时间为5-60分钟。
7、优选地,步骤s1中搅拌混匀的条件还能够为在高于室温的条件下进行搅拌,搅拌时间能够根据经验缩短。
8、根据一种优选的实施方式,步骤s1中,所述镓基液态金属的制备为将镓与铟、锡、铋、锗、镍、硅的其中一种或多种混合形成室温下处于液态的镓基液态金属,其中镓质量占镓基合金质量的30-95%,熔点为5-30℃。超出该范围比例后,镓基合金将变为非液态。
9、根据一种优选的实施方式,所述待剪辑的分子中包括c-h键、h-o键、c=o键,n-h键,o=o键,n≡n键,n-o键中的一个或多个。
10、根据一种优选的实施方式,步骤s2中,所述待剪辑的分子包括氧气、氮气、二氧化碳、一氧化碳、醇类物质、醚类物质、酯类物质、烷烃类物质、苯及其衍生物、醛类,酚类,蛋白质,核糖核酸,高分子聚合物。
11、本发明另一方面还提供镓基液态金属在剪辑化学中的应用。
12、与现有的技术相比本发明的有益效果是:
13、1、一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,镓基液态金属的表面活性能够在温和的条件下破坏醇类物质(例如1,3-丁二醇,甲醇,乙醇)、水、醚类物质、酯类物质、烷烃类物质、苯及其衍生物中的共价键,包括c-h键、h-o键、c=o键,n-h键,o=o键,n≡n键和n-o键等,然后生成多个活性基团,活性基团的重构形成新的物质。
14、2、一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,副产物少、产物易分离:被解析出的活性基团不能稳定存在,重新相互结合后形成新的稳定物质,通过简单的分离方法,例如气液分离、气固分离等能够简单快速地实现分离;
15、3、一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,反应流程简单,能耗低:只需要在常温常压的情况下进行,无需耗能创造高温和高压条件,对设备的要求也较为简单,实验步骤只需要混合后搅拌或超声处理,处理步骤简单,效率高。
1.一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,其特征在于,所述镓基液态金属的制备为:将镓与铟、锡、铋、锗、镍、硅的其中一种或多种混合形成室温液态的镓基液态金属。
3.根据权利要求1所述的一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,其特征在于,所述待剪辑的分子中包括c-h键、h-o键、c=o键,n-h键,o=o键,n≡n键,n-o键中的一个或多个。
4.根据权利要求3所述的一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,其特征在于,所述待剪辑的分子包括氧气、氮气、二氧化碳、一氧化碳、醇类物质、水、醚类物质、酯类物质、烷烃类物质、苯及其衍生物、醛类,酚类,蛋白质,核糖核酸,高分子聚合物。
5.根据权利要求2所述的一种基于镓基液态金属表面活性触发分子定向剪辑的方法,其特征在于,所述镓基液态金属中镓质量比为30-95%。
6.镓基液态金属在剪辑化学中的应用。