Allomelanin: A Biopolymer of Intrinsic Microporosity

化学 小角X射线散射 纳米材料 生物高聚物 聚合 多孔性 吸附 化学工程 纳米技术 介孔材料 涂层 散射 聚合物 材料科学 有机化学 工程类 物理 催化作用 光学
作者
Naneki C. McCallum,Florencia A. Son,Tristan D. Clemons,Steven J. Weigand,Karthikeyan Gnanasekaran,Claudia Battistella,Brooke E. Barnes,Hashanthi K. Abeyratne-Perera,Zofia E. Siwicka,Christopher J. Forman,Xuhao Zhou,M. H. Moore,Daniel A. Savin,Samuel I. Stupp,Zheng Wang,Gary J. Vora,Brandy J. Johnson,Omar K. Farha,Nathan C. Gianneschi
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (10): 4005-4016 被引量:48
标识
DOI:10.1021/jacs.1c00748
摘要

Melanin is a ubiquitous natural pigment found in a diverse array of organisms. Allomelanin is a class of nitrogen-free melanin often found in fungi. Herein, we find artificial allomelanin analogues exhibit high intrinsic microporosity and describe an approach for further increasing and tuning that porosity. Notably, the synthetic method involves an oxidative polymerization of 1,8-DHN in water, negating the need for multiple complex templating steps and avoiding expensive or complex chemical precursors. The well-defined morphologies of these nanomaterials were elucidated by a combination of electron microscopy and scattering methods, yielding to high-resolution 3D reconstruction based on small-angle X-ray scattering (SAXS) results. Synthetic allomelanin nanoparticles exhibit high BET areas, up to 860 m2/g, and are capable of ammonia capture up to 17.0 mmol/g at 1 bar. In addition, these nanomaterials can adsorb nerve agent simulants in solution and as a coating on fabrics with high breathability where they prevent breakthrough. We also confirmed that naturally derived fungal melanin can adsorb nerve gas simulants in solution efficiently despite lower porosity than synthetic analogues. Our approach inspires further analysis of yet to be discovered biological materials of this class where melanins with intrinsic microporosity may be linked to evolutionary advantages in relevant organisms and may in turn inspire the design of new high surface area materials.
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