Selvsamling af stærkt porøse krystallinske partikler til nye fotoniske materialer til registrering af applikationer

I et laboratorium lige uden for Barcelona, små partikler arrangerer sig selv i ordnede 3D-strukturer, som små animerede legoklodser, der klikker sig på plads. Disse partikler er meget porøse organisk-uorganiske hybrider, hvis størrelse og form kan kontrolleres for at indstille egenskaberne af det resulterende ensemble.

Selvsamling har længe været allestedsnærværende inden for kemi, materialevidenskab og biologi, men det fremstår nu som en effektiv vej til en række materialer med ensartede strukturer, især i nanoskalaen. Mange undersøgelser til dato har rapporteret syntesen af ​​polymere og metalbaserede partikler, der spontant selvsamler sig til bestilte 3-D-overbygninger. I dag, forskere ved Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) og Institute of Materials Science of Madrid (ICMM-CSIC) præsenterer deres fund i forhold til hybridmetal-organiske partikler, tilføjelse af metal-organiske rammer (MOF'er) til listen over forbindelser, der kan syntetiseres til 3D-selvsamling.

Kanonkugler hober sig let op takket være deres form, passer på plads uanset deres orientering. Mursten, imidlertid, skal justeres på den rigtige måde for at oprette en velordnet bunke. Når dette udføres på nanoskala, problemerne er de samme. En betingelse for denne stop-motion Lego-effekt er, at alle syntetiserede partikler har samme størrelse (monodispersitet) og form, så når de klikker på plads, det resulterende arrangement er velordnet, godt pakket og funktionel.

Indtil nu, dette var aldrig blevet opnået for krystallinske hybridforbindelser som MOF'er, trods deres polyhedrale geometrier. Men i dette seneste værk, udgivet i denne uge i Naturkemi , Spanske forskere rapporterer om den vellykkede syntese af MOF'er "ZIF-8" og "UiO-66" med den nødvendige homogenitet af størrelse og form.

De resulterende 3D-overbygninger, består af mange milliarder af identiske partikler arrangeret i krystaller flere millimeter på tværs, nuværende egenskaber typiske for fotoniske krystaller, et lovende nyt materiale til manipulation af lys. Som sådan, de nye strukturer spreder lys på en måde, der giver farve uden brug af pigmenter eller farvestoffer, kendt som strukturel farve. Desuden, ved at kontrollere størrelsen og formen af ​​partiklerne ved syntese, forskere kan indstille materialets fotoniske båndgab for at bestemme hvilken farve der opnås.

Bygget af MOF'er, de nye strukturer kan også prale af høj porøsitet, en funktion, der kan udnyttes i registreringsapplikationer. Forskellige stoffer, der adsorberes i porerne, får lyset til at brydes i forskellige farver. Denne effekt kan indstilles således, at en given farve angiver tilstedeværelsen af ​​et givet stof. Evnen til at danne 3-D-overbygninger fra porøse enheder åbner også døren for applikationer baseret på opretning af porerne i stor skala, for eksempel, at producere forbedrede membraner til gasadsorption og katalyse.