Som Transformers, de levande robotvarelserna som har förmågan att förändra sina kroppar efter behag, Forskare har nu utvecklat nya 3-D nanoporösa material som går igenom konformationsförändringar och omvandlas till en 2D icke-porös struktur som ett resultat av en extern stimulans. De kan sedan växla till den ursprungliga 3-D nanoporösa strukturen när stimulansen vänds.
Studien, utvecklat av ett team från det spanska nationella forskningsrådet (CSIC) och publicerat idag i tidskriften Avancerade material , kan ha potentiella tillämpningar som membran för selektiv gasseparation eller gasadsorption, som katalysatorer för kemiska reaktioner, som inkapsling och läkemedelstillförsel för aktiva substanser eller adsorption av farligt avfall.
Forskare har utvecklat dessa material med hjälp av flexibla och sfäriska ikosaedriska borbaserade molekyler som ligander. "Den sfäriska formen på liganderna är nyckelfaktorn som gör att strukturerna kan gå tillbaka till sin ursprungliga form, möjliggör omarrangering av de olika delarna, och utan att kollapsa hela strukturen", säger Jose Giner, från Inorganic Materials and Catalysis Laboratory vid Institutet för materialvetenskap i Barcelona (ICMAB-CSIC).
Materialet tillhör en klass av poröst kristallint material som bildas genom sammansättning av metalljoner eller kluster med överbryggande organiska länkar som kallas metall-organiska ramverk (MOF). I den här studien, Användningen av sfäriska länkar istället för plana kan hjälpa till att stabilisera de flexibla strukturerna. "Idén med sfäriskt formade länkar som undviker kollaps av strukturen kan också förstås så här:två lager kommer att rulla över varandra om de separeras av sfärer; medan de kommer att kollapsa om icke-sfäriska pelare används, " förklarar Giner.
"Den observerade omvandlingen utlöses inte bara av konvektionella organiska lösningsmedel utan också av grön superkritisk CO2, öppnar vägen för hållbara processer", säger Ana López-Periago från gruppen Supercritical Fluids and Functional Materials på ICMAB.
Som ett bevis på koncept för potentiella applikationer, inkapsling av fullerenmolekyler har uppnåtts genom att fånga dem under den reversibla 2-D till 3-D-övergången, medan strukturen formas. "Den observerade processen utgör ett nytt sätt att kapsla in stora molekyler som inte lätt kan diffundera in i det porösa materialet, " tillägger Giner.
Fokus för LMI-gruppens vetenskapliga aktivitet ligger i kemin hos borkluster. Deras geometriska former och det faktum att de innehåller en halvmetalljon, bor, ge dem unika egenskaper i stort sett okända. Gruppen utforskar syntesen av nya strukturer och deras tillämpningar inom olika områden, såsom antitumörmedel, katalys, avsaltning av vatten, eller sensorer.
