Att lägga till fotosyra till en speciell typ av smält polymerkristall möjliggör bättre och omkopplingsbar protonledningsförmåga. Detta kan leda till nya material för minne, superkondensator- och transistorteknologier.

Forskare vid Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) i Japan har visat ett på/av-brytningsbeteende i en koordinationspolymerkristall.

Koordinationspolymerkristaller är oorganiska och organiska hybridmaterial. De är kända för sin strukturella och funktionella mångfald och sin förmåga att leda protoner.

Protonledning är en form av elektrisk ledning där positiva vätejoner (H+) bär laddningen istället för elektroner. Det spelar en nyckelroll för att driva fotosyntesen i växter och skulle kunna användas för att utveckla bättre bränsleceller.

Ett team av forskare ledda av Satoshi Horike och Susumu Kitagawa syntetiserade en koordinationspolymer (CP) genom att reagera zinkoxid, fosforsyra och imidazol i etylalkohol vid rumstemperatur. CP smältes sedan och triflinsyra tillsattes. Den resulterande blandningen kyldes sedan och omkristalliserades. Denna "syradopning" av CP förbättrade avsevärt dess protonledningsförmåga.

Teamet smälte sin ursprungliga CP igen och tillsatte istället "fotosyran" pyranin. Fotosyror är molekyler som blir surare vid absorption av ljus. Efter kylning av materialet, dess nu omkristalliserade form exponerades för ljus och dess protonledningsförmåga förbättrades. När ljuset släcktes, dess ledningsförmåga minskade och återgick till sitt ursprungliga tillstånd. Denna förändring kan slås på och av under flera på varandra följande cykler av ljusexponering.

Syradopning av CP resulterade i minimal strukturell förändring med övergripande förbättring av protonledningsförmågan. Doping av CP med fotosyra gav forskarna extern kontroll på begäran av jonströmmen i materialet.

"Detta är den första demonstrationen av användningen av smälttillståndet för CP-funktionalisering, " avslutar forskarna i sin studie publicerad i tidskriften Angewandte Chemie . Deras smältdopningsstrategi kan potentiellt utvidgas till att syntetisera en ny klass av protonledande fasta ämnen som kan användas i icke-flyktiga minnesteknologier, jonbaserade transistorer, och ljusinducerade joniska/elektriska strömkretsar.

Institutet för integrerade cellmaterialvetenskaper (iCeMS) vid Kyoto University i Japan syftar till att främja integrationen av cell- och materialvetenskap, båda traditionellt starka fält vid universitetet, i en unikt innovativ global forskningsmiljö. iCeMS kombinerar biovetenskaperna, kemi, materialvetenskap och fysik för att skapa material för mesoskopisk cellkontroll och cellinspirerade material. Sådan utveckling lovar betydande framsteg inom medicin, läkemedelsstudier, miljön och industrin.