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本文来自窗敲雨的个人微信公众号“酷炫科学”

今天要欣赏的是一个很小很小的“反应瓶”。在下面的图中,两种溶液正在“反应瓶”中进行混合,它们分别是pH不同的刚果红溶液(它可作为酸碱指示剂,所以两部分颜色不同):

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这其实并不是玻璃、树脂之类材料制成的容器,它只是一个小小的液滴而已——确切地说,是两个液滴融合在一起。

这些水溶液小液滴漂浮在有机溶剂邻二氯苯中,通过一种特殊的表面活性剂,它变成了一个很方便研究者进行控制的迷你反应器。在磁场、电场和激光的作用下,它们可以移动、旋转,彼此融合,允许各种小尺度的化学反应在其中发生。

普通的表面活性剂是两头分别具有亲水和亲油基团的分子,而在这个实验中,研究者为表面活性剂加入了纳米颗粒“核心”。

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如上图所示,金纳米颗粒的一面连着比较亲水的“尾巴”,而四氧化三铁颗粒的一面连着比较疏水的基团,这样一来,纳米颗粒就可以和一般的表面活性剂一样起到稳定小液滴的作用。而同时四氧化三铁颗粒又提供了磁性,使得小液滴可以被磁场控制。此外,激光也可以通过热效应控制液滴运动,还能在液滴内部制造对流。

研究者认为,用这种方法制成的小液滴可以成为微量化学反应的容器,于是他们也演示了这些迷你反应瓶的用法。上面的动图就是两个这样的小液滴被聚到一起,通过电场进行融合,然后通过激光产生的对流促进两种溶液均匀混合。他们还用液滴做了另外一个实验:一个装有氯化亚钴溶液的小液滴和另外一个装有2-甲基咪唑的液滴融合,最终得到了名叫ZIF-67的金属有机骨架材料。

之前有一些很小尺度的化学反应是在微流控系统中进行的,也有人用“浇筑”再溶解掉骨架的方法做出过毫米级大小的反应器(见下图)。而用纳米颗粒包裹的液滴直接作为反应容器提供了一种更加方便的操作方法。

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(自带加热、冷凝和转子,这个小反应器也很萌了)

信源:

https://cen.acs.org/articles/96/i3/Nanosurfactants-create-droplet-sized-reaction.html

https://www.nature.com/articles/nature25137

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