水如何离开海绵?在一项新的研究中，科学家们详细地回答了由金属和有机建筑材料制成的多孔晶体材料的问题，特别是硫酸钴(II)七水合物，5-氨基间苯二甲酸和4,4'-联吡啶。

研究人员使用先进的技术研究了这种结晶海绵在从水合状态变为脱水状态时如何改变形状。详细的观察使团队可以“看到”三个单独的水分子何时以及如何在材料变干时离开材料。

这种结晶海绵属于一类称为金属有机骨架(MOF)的材料，其具有潜在的用途，例如捕获污染物或在低压下存储燃料。

布法罗艺术学院大学化学副教授Jason Benedict博士说：“这是使用动态原位X射线衍射研究MOF晶体转变的一个非常好的详细例子。”和科学。“我们引发一个反应-脱水。然后我们用X射线对其进行监测，解析出晶体结构，然后我们实际上可以观察到这种材料如何从完全水合相转变为完全脱水相。

“在这种情况下，水合晶体含有三个独立的水分子，问题基本上是，您如何从三个变为零?这些水分子一次离开一个吗?它们都一次离开吗?

“我们发现，发生的事情是一个水分子离开的速度非常快，这导致晶格压缩并扭曲，而另外两个分子逐渐散开在一起。它们同时泄漏出去，导致晶格松开，但保持压缩。我正在描述的所有动作-如果没有我们正在执行的这类实验，您将不会对这种动作有任何了解。”

这项研究于6月23日在线发表在《结构动力学》杂志上。本尼迪克特(Benedict)由UB化学博士学位的第一作者Ian M. Walton和Jordan M. Cox领导该研究。毕业生。UB和芝加哥大学的其他科学家也对该项目做出了贡献。

本尼迪克特说，从基础科学的角度来看，了解MOF的结构在脱水等过程中如何逐步变形是很有趣的。但是，这些知识也有助于设计新的结晶海绵。正如本尼迪克特(Benedict)解释的那样，研究人员对这种材料的特性了解得越多，就越容易针对特定任务量身定制新颖的MOF。

团队开发并用于研究晶体转变的技术为科学家们提供了进行此类研究的强大工具。

“科学家经常在静态环境中研究动态晶体，”化学博士学位的合著者特拉维斯·米切尔(Travis Mitchell)说。本尼迪克特实验室的学生。“这极大地限制了他们在特定过程发生之前和之后的观察范围。我们的发现表明，在动态的环境中观察动态晶体可以让科学家在特定过程发生时进行观察。我们的团队开发了一种使我们能够控制相对于晶体的环境的设备：在收集数据时，我们能够使流体不断在晶体周围流动，这为我们提供了有关这些动态晶体如何以及为何发生转变的信息。”

这项研究得到了美国国家科学基金会(NSF)和美国能源部的支持，包括通过NSF的ChemMatCARS设施进行的，那里的许多实验工作都在这里进行。

米切尔说：“这些类型的实验通常需要几天的时间才能在实验室衍射仪上进行。” “幸运的是，我们的小组能够在NSF的ChemMatCARS上使用同步辐射进行这些实验。借助同步辐射，我们能够在数小时内完成测量。”