En svamp til at adsorbere og desorbere gasmolekyler

En gruppe forskere ledet af forskere fra RIKEN Center for Emergent Matter Science og University of Tokyo har skabt et usædvanligt materiale - en blød krystal lavet af molekyler kendt som en catenanes - der opfører sig på en ny måde, der kunne bruges i applikationer som f.eks. som film, der fanger kuldioxid-molekyler. Undersøgelsen blev offentliggjort i Natur .

En catenan er en type molekyle, hvor to eller flere ringe griber ind, som de ringe, som tryllekunstnere bruger i deres tricks, og kan glide langs hinanden, skabe konformationelle ændringer, der kan give materialer interessante egenskaber. Disse typer molekyler findes i naturen, hvor de ofte fungerer som molekylære maskiner. Indtil nu, kæder af catenaner - kendt som polycatenaner - er blevet skabt, men videnskabsmænd har aldrig udforsket tredimensionelle krystaller, der består af disse molekyler.

Gruppen skal udforske dette, og skabte et nyt materiale ved at dyrke krystaller af catenaner og koboltioner i et opløsningsmiddel. Ved omhyggeligt at kontrollere arrangementerne af catenanmolekyler gennem dannelsen af ​​koordinationsbindinger med koboltionerne, de troede, at de måske kunne skabe et tredimensionelt netværk, der næsten udelukkende bestod af katenanerne, som arbejder sammen om at skabe nye funktioner.

Forskerne brugte derefter enkeltkrystal røntgendiffraktion til at undersøge strukturen af ​​den bløde krystal.

Mens forskerne i det væsentlige undersøgte, hvilke typer egenskaber sådanne materialer kunne have, de blev overraskede over resultaterne af analysen. Først, i overensstemmelse med deres forventninger, de fandt, at efter vægt, catenaner udgjorde mere end 90 procent af krystallen. Interessant nok, de fandt ud af, at den var porøs, med huller, der kan adsorbere opløsningsmiddel, eller gasformige molekyler, og at poreformen ændrede sig, efterhånden som gæstemolekylerne kom ind i eller forlod strukturen.

Ud over, bruge en teknik med nano-indentation til at studere de mekaniske egenskaber, de fandt ud af, at materialet let deformeres, når det presses mekanisk - og at dets Youngs modul, et indeks for den lethed, hvormed det deformeres, er sammenlignelig med polypropylen, en plastik, der bruges i emballagematerialer og andre anvendelser – og at, overraskende, den vendte tilbage til sin oprindelige form, uden skader, ved fjernelse af kraften. Desuden, da de prøvede at komprimere det, de fandt ud af, at det komprimerede mest i en bestemt retning, og de var i stand til at forklare dens deformerbare natur ved at vise, at faktisk, ringene af catenan-molekylerne gled, så materialet kan komprimeres.

Hiroshi Sato, hvem ledede forskningen, siger, "Vi mener, at disse resultater kan føre til skabelsen af ​​innovative porøse materialer, der kan adsorbere og desorbere gasmolekyler såsom kuldioxid ved blot at klemme og frigive dem med vores fingre."