Forskere udvikler fleksible materialer, der skifter fra nanoporøse 3-D til 2-D strukturer på en reversibel måde

Ligesom Transformers, de levende robotvæsener, der har evnen til at ændre deres kroppe efter behag, forskere har nu udviklet nye 3-D nano-porøse materialer, der gennemgår konformationelle ændringer og omdannes til 2-D ikke-porøse strukturer som et resultat af en ekstern stimulus. De kan derefter skifte til den originale 3-D nano-porøse struktur, når stimulus vendes.

Studiet, udviklet af et hold fra det spanske nationale forskningsråd (CSIC) og offentliggjort i dag i tidsskriftet Avancerede materialer , kan have potentielle anvendelser som membraner til selektiv gasseparation eller gasadsorption, som katalysator for kemiske reaktioner, som indkapsling og lægemiddeltilførsel til aktive stoffer eller farligt affaldsadsorption.

Forskere har udviklet disse materialer ved hjælp af fleksible og sfæriske icosahedral bor-baserede molekyler som ligander. "Ligandernes sfæriske form er nøglefaktoren, der gør det muligt for strukturerne at gå tilbage til deres oprindelige form, giver mulighed for omarrangering af de forskellige dele, og uden at kollapse hele strukturen," siger Jose Giner, fra Uorganiske materialer og katalyselaboratoriet ved Institut for Materialevidenskab i Barcelona (ICMAB-CSIC).

Materialet tilhører en klasse af porøst krystallinsk materiale dannet ved samling af metalioner eller klynger med brodannende organiske linkere, der kaldes metal-organiske rammer (MOF'er). I dette studie, brugen af ​​sfæriske linkere i stedet for plane kunne hjælpe med at stabilisere de fleksible strukturer. "Ideen om sfærisk formede linkere, der undgår sammenbrud af strukturen, kan også forstås sådan:to lag ruller over hinanden, hvis de adskilles af kugler; hvorimod de vil falde sammen, hvis der bruges ikke-sfæriske søjler, " forklarer Giner.

"Den observerede transformation udløses ikke kun af konvektionsorganiske opløsningsmidler, men også af grøn superkritisk CO2, åbner vejen for bæredygtige processer", siger Ana López-Periago fra Supercritical Fluids and Functional Materials-gruppen hos ICMAB.

Som et proof of concept for potentielle applikationer, indkapsling af fullerenmolekyler er blevet opnået ved at fange dem under den reversible 2-D til 3-D overgang, mens strukturen dannes. "Den observerede proces udgør en ny måde at indkapsle store molekyler, der ikke let kan diffundere ind i det porøse materiale, "tilføjer Giner.

Fokus for den videnskabelige aktivitet for LMI -gruppen er i boreklyngernes kemi. Deres geometriske former og det faktum, at de indeholder en halvmetalion, bor, give dem unikke egenskaber stort set ukendte. Gruppen udforsker syntesen af ​​nye strukturer og deres anvendelser på forskellige områder, såsom antitumormidler, katalyse, afsaltning af vand, eller sensorer.