Styring af protonledning med lys

Tilføjelse af fotosyre til en speciel slags smeltet polymer krystal giver bedre og omskiftelig protonledningsevne. Dette kan føre til nye materialer til hukommelsen, superkondensator- og transistorteknologier.

Forskere ved Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) i Japan har påvist en tænd/sluk-switchadfærd i en koordinationspolymerkrystal.

Koordinationspolymerkrystaller er uorganiske og organiske hybridmaterialer. De er kendt for deres strukturelle og funktionelle mangfoldighed og deres evne til at lede protoner.

Protonledning er en form for elektrisk ledning, hvor positive brintioner (H+) bærer ladningen i stedet for elektroner. Det spiller en nøglerolle i at drive fotosyntese i planter og kan bruges til at udvikle bedre brændselsceller.

Et team af forskere ledet af Satoshi Horike og Susumu Kitagawa syntetiserede en koordinationspolymer (CP) ved at reagere zinkoxid, phosphorsyre og imidazol i ethylalkohol ved stuetemperatur. CP'en blev derefter smeltet, og triflinsyre blev tilsat. Den resulterende blanding blev derefter afkølet og omkrystalliseret. Denne 'syredoping' af CP forbedrede dens protonledningsevne betydeligt.

Holdet smeltede deres originale CP igen og tilføjede i stedet 'fotosyre'-pyraninen. Fotosyrer er molekyler, der bliver surere ved absorption af lys. Efter afkøling af materialet, dens nu omkrystalliserede form blev udsat for lys, og dens protonledningsevne blev forbedret. Da lyset blev slukket, dens ledningsevne faldt og vendte tilbage til sin oprindelige tilstand. Denne ændring kunne tændes og slukkes over flere på hinanden følgende cyklusser med lyseksponering.

Syredoping af CP'en resulterede i minimal strukturel ændring med generel forbedring af protonledningsevnen. Doping af CP'en med fotosyre gav forskerne on-demand ekstern kontrol over ionstrømmen i materialet.

"Dette er den første demonstration af udnyttelse af smeltetilstanden til CP-funktionalisering, " konkluderer forskerne i deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie . Deres smeltedopingstrategi kan potentielt udvides til at syntetisere en ny klasse af protonledende faste stoffer, der kan bruges i ikke-flygtige hukommelsesteknologier, ionbaserede transistorer, og lys-inducerede ioniske/elektriske strømkredsløb.

Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) ved Kyoto University i Japan har til formål at fremme integrationen af ​​celle- og materialevidenskab, begge traditionelt stærke felter på universitetet, i et unikt innovativt globalt forskningsmiljø. iCeMS kombinerer biovidenskaberne, kemi, materialevidenskab og fysik for at skabe materialer til mesoskopisk cellekontrol og celleinspirerede materialer. Sådanne udviklinger lover betydelige fremskridt inden for medicin, farmaceutiske undersøgelser, miljø og industri.