机械化学
机械加工化学反应在分子水平结合
机械化学是机械加工与化学反应在分子水平结合的交叉学科,涵盖机械粉碎、机械压力作用下的化学反应、摩擦、机械降解聚合物、空穴效应、超声波物理化学和分子期间等过程。
原理
Mechanochemistry
机械化学这个有时也指一种假设的分子组合器在分子纳米技术中的机械合成。也可以叫做“定位合成”或“定位组合”,是一种由计算机控制决定分子位置形成化学键的技术。
远古时代人们钻木取火就是一种机械化学现象。人们用木头相互摩擦,产生热量并逐渐使木块燃烧。还有就是击石取火现象,人们用金属敲击燧石产生火花,引燃其他细小物质从而生火。
机械化学(mechanochemical),在化学反应水平中主要是指通过剪切、磨擦、冲击、挤压等手段,对固体、液体等凝聚态物质施加机械能,诱导其结构及物理化学性质发生变化,并诱发化学反应。与普通热化学反应不同,机械化学反应的动力是机械能而非热能,因而反应无须高温、高压等苛刻条件即可完成。
南京大学王炜、曹毅团队发现机械力可加速马来酰亚胺五元环开环水解,并实现化学键稳定。北京大学刘允、朱戎团队通过双环[2.2.0]己烯结构证明外力方向变化可激活不同C–C键反应路径。
历史发展
上个世纪九十年代初,西澳大利亚大学Rowlands等人首先将机械化学方法用于含卤有机物处理,开展了DDT氧化钙混合球磨处理试验,结果发现球磨12 h后,其中有机氯化物全部转化为氯化钙石墨,采用GC/MS在产物中检测不出有机物。类似方法在2020年代被进一步应用于能源材料领域,如2025年清华大学团队通过机械化学法精准调控普鲁士蓝材料的结构空位。此效果引起了人们广泛关注,由此开启了机械化学在污染物处理领域的研究序幕,并为后续在能源材料等高端制造领域的拓展奠定基础。
清华大学康飞宇、翟登云团队联合华中科技大学冯光团队将机械化学的应用拓展到先进能源材料领域,提出无溶剂的机械化学合成策略,实现了公斤级锰基普鲁士蓝材料的规模化制备,并开发可循环高浓反应液体系用于铁基普鲁士蓝合成。相关成果发表于《自然·通讯》《能源与环境科学》,并获得国家自然科学基金等多项资助。
[1]南京大学王炜曹毅教授研究团队在力化学的分子机制方面取得新进展:南京大学王炜、曹毅团队提出通过机械力稳定马来酰亚胺-巯基化学键的新方式,发现机械力可加速马来酰亚胺五元环开环水解,相关成果于2018年发表于《Nature Chemistry》
最新修订时间:2025-12-13 09:18
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原理
参考资料