西北大学的研究小组，引入一种新的吸附活性机制，在表面科学领域取得了突破。这种基于吸附的现象，分子被吸引到固体表面上，对于当今的催化剂、能量储存和环境修复至关重要。

该研究展示了人工分子机器，产生类似机器运动的全合成分子组件，被嫁接到表面上，以非常高的浓度将分子主动募集到这些表面上，从而储存大量的能量。

新的吸附机制称为机械吸附，是由于非平衡泵送导致吸附剂和被吸附物之间形成机械键。这项名为“由泵送盒驱动的主动机械吸附”的研究详情将于10月21日在线发表在《科学》杂志上。

该机制使用氧化还原和酸碱化学，在固态二维金属有机框架 (MOF) 的表面上和表面上精确地吸附和解吸一系列环。在这项研究中，带到表面的分子是环，但预计该方法可以通过首先对环进行功能化来推广到包括许多其他分子。

机械吸附对许多不同分子的储存和控制释放具有重要意义。这项工作的重点是将环分子募集到表面，但预计这些环可以功能化以将许多不同类型的分子以高浓度带到表面。

机械吸附机制与喷雾罐有一些共同点，不同的材料在高压下储存，然后通过按下开关释放。

即使在包装远离热力学平衡时，机械吸附的物质仍保持机械平衡。触发释放的机制仅涉及扩散，这一过程虽然从宏观角度来看似乎很慢，但在这些系统中却非常快。

这项研究对于理解化学中最深层次的问题之一也很重要。一个关键点是，虽然热力学决定了最可能接近平衡的结构，但动力学在选择远离平衡的结构时起主导作用。

机械吸附在技术中的潜在效用，例如化学电容器，将提供一种全新的方式来存储和操纵以前从未想象过的表面上的能量、信息和物质，机械键的出现正在化学和材料科学领域掀起巨大的涟漪。

未来，整个吸附领域将发生深刻的变化，在此期间，物理吸附和化学吸附主导了表面和界面科学。

这项研究是利用人工分子泵将分子主动招募和吸附到固体表面上的第一个例子，并为在一系列功能材料（从沸石）的表面上操作人工分子机器打开了大门。以及金属氧化物到聚合物网络和胶束纳米粒子。

熟悉这项工作但未参与该研究的专家指出了该研究的重要性及其潜在应用。

将化学物质从溶液中提取到固体和表面上，巩固了废物和污染物的隔离、贵金属的回收、多相催化、多种形式的化学和生物分析与分离科学以及许多其他技术。

到目前为止，还没有办法主动驱动这样的过程，但分子机制的使用改变了这一点，通过西北团队称之为'机械吸附'的机制，多年来，微型化推动了技术的进步，使用分子大小的机器，分子纳米技术来推动吸附肯定会延续这一趋势。

使用电化学方法来驱动这种化学失衡过程，开辟了直接使用太阳能实现分离的可能性，这种方法可以实现对碳氢化合物、二氧化碳和微污染物等关键工业目标的经济高效的捕获、修复和净化。短期来看，反离子效应可能用于驱动阴离子识别，而使用不对称和非外消旋的螺纹实体可能允许手性分离。