Ett team av forskare från hela USA har hittat ett nytt sätt att skapa molekylära sammankopplingar som kan ge en viss klass av material spännande nya egenskaper, inklusive att förbättra deras förmåga att katalysera kemiska reaktioner eller skörda energi från ljus.

I en ny studie, forskare vid U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory, University of California-Los Angeles, University of California-Santa Barbara, Purdue University och University of Oregon har utvecklat en metod för att skapa länkade nätverk av metalloxider som kan ha intressanta katalytiska eller elektroniska egenskaper.

Metalloxider är av intresse för forskare på grund av deras unika elektroniska och kemiska egenskaper. Vissa, som titandioxid, används ofta i fotovoltaiska och fotokatalytiska tillämpningar på grund av deras förmåga att absorbera ljus.

Nyckeln till att bilda dessa metalloxidnätverk är bor, som vid glödgning med metalloxider leder till bildning av termiskt robusta och stabila sammankopplade kluster som fungerar som limsträngar som förbinder en metalloxidbana.

"Detta lim har förmågan att vara en nyckelkomponent i hela det reaktiva systemet, ändra egenskaperna som metalloxiderna hade på egen hand, sa Alexander Spokoyny, en kemist vid UCLA.

Bildandet av bor-metalloxidnätverket ger en startpunkt för framtida studier av olika material som skulle kunna kombinera sina egna naturliga egenskaper med den extra fördelen av en liknande "tvärbunden" struktur.

"Vi vill veta, till exempel, om vi kan överföra vår kunskap om detta nät till ett material som kiseldioxid. De fotokatalytiska egenskaperna hos dessa material är extraordinära jämfört med titandioxid, " sa Argonne-kemist Max Delferro.

I framtiden, forskarna försöker designa ett sätt att skapa exakt skräddarsydda material genom att fullända hur de sammankopplade klustren av bor "lim" är insprängda i metalloxiden. "Om vi ​​kan sy in dessa molekyler exakt där vi vill att de ska vara, det kommer att ge oss en kraftfull förmåga att tillverka och förstå hybridmaterial med ett brett användningsområde, " sa Spokoyny.

Eftersom dessa material är så nya, forskarna tror att de har en stor outnyttjad potential. "Vi hävdar inte att uppdraget har fullbordats på något sätt; det finns fortfarande delar av kemin som vi inte helt förstår och uppskattar, sa Delferro.

Forskargruppen inkluderade Argonne-kemist Karena Chapman, som arbetar på laboratoriets Advanced Photon Source (APS), en DOE Office of Science User Facility. Chapman och Spokoyny träffades när de utsågs till Kemi- och tekniknyheter s "Talented Twelve"-lista 2016, och etablerade samarbetet som ledde fram till forskningen.

Enligt Chapman, en medlem av Structural Sciences Group i APS X-ray Science division, den strukturella karakteriseringen av materialet involverade användningen av röntgenparfördelningsfunktionsanalys utförd vid APS, som ger lokal strukturell information om de relativa atompositionerna.

Gårdfarihandlare, Delferro och Spokoyny noterade att forskargruppens ansträngningar att producera och analysera detta nya material var lika sammanlänkade som det upptäckta hybridmaterialet i sig. "Det finns tvärbindningar på både molekylär och mänsklig nivå, " Sa Delferro. "Detta arbete bevisar att vi fungerar bättre och är starkare när vi är uppkopplade."

En artikel baserad på forskningen, "En molekylär tvärbindningsmetod för hybridmetalloxider, " dök upp i numret 5 mars av Naturmaterial .