(PhysOrg.com) -- Forskare vid University of Glasgow har tagit fram en molekylär "LEGO-verktygslåda" som kan användas för att sätta ihop ett stort antal nya och funktionella kemiska föreningar.

Med hjälp av molekyler som byggstenar har de kunnat konstruera en molekylär ställning baserad på små (nano-skala) lagringskuber. Denna nya "designerväg" öppnar dörren till många nya föreningar som, potentiellt, kan fungera som jonsensorer, lagringsenheter, och framtidens katalysatorer.

Forskare inom Kemiska institutionen skapade ihåliga kubbaserade ramverk av polyoxometalater (POM) - komplexa föreningar gjorda av metall- och syreatomer - som håller ihop som LEGO-klossar vilket innebär att en hel rad väldefinierade arkitekturer kan utvecklas med stor lätthet.

Forskarna valde en "hjulformad" polyoxometalatmolekyl, som innehåller ett 1 nanometer brett hål, som fungerar som ett "fönster" till molekylen. De cykliska föreningarna självmonteras i vatten för att bilda vackra kubiska enkristaller.

De ringformade byggstenarnas "fönster" leder till mycket stora inre porer, vilket innebär att dessa nya föreningar effektivt kan fungera som förvaringslådor för joner och små molekyler.

Väldefinierade kemiska arkitekturer är avgörande för många funktionella material; därför skulle mycket stora POM-ramverk kunna användas som jonbränsleceller, batterier, sensorer, katalysatorer och annan ny nanoteknik.

Professor Lee Cronin, Gardiner ordförande för kemi, som ledde studien, sa:"Förmågan att bygga mycket robusta oorganiska strukturer på ett LEGO-liknande sätt är en stor välsignelse för kemister, presenterar många potentiella tillämpningar."

I den rapporterade föreningen, manganjoner länkar ihop de hjulformade molekylerna till den molekylära ställningen. Positivt laddade kalium- och litiumjoner ingår också i ramverket för att balansera den negativa laddningen som bärs av metalloxidjonerna i POM-hjulet. Själva ramverken kan också "justeras" genom att ändra laddningen på manganjonerna.

De molekylära avkänningsaspekterna av detta nya material är relaterade till kalium- och litiumjoner, som sitter löst i håligheter i stommen. Dessa kan ersättas av andra positivt laddade joner såsom övergångsmetaller eller små organiska molekyler samtidigt som de lämnar stommen intakt.

Dessa egenskaper framhäver några av de många potentiella användningarna och tillämpningarna av POM-ramverk, men deras huvudsakliga tillämpning är att de används som katalysatorer - en molekyl som används för att starta eller påskynda en kemisk reaktion som gör den mer effektiv, kostnadseffektivt och miljövänligt.

Prof Cronin tillade:"Även om katalysatorer är av enorm industriell betydelse, många av de katalysatorer som används idag i industrin är fortfarande dyra och "smutsiga", skapa miljöfarligt avfall.”

"Vår forskning fokuserar på design och syntes av funktionella molekylära arkitekturer i nanoskala som kan användas som industriella katalysatorer som är mer energieffektiva och miljövänliga än nuvarande material."

"Utökade modulära ramverk som innehåller oorganiska byggstenar som dessa representerar en ny klass av inställbara material med "aktiva platser" utformade för att svara på gästinkludering."

"Med ett stort utbud av POM-hjulmolekyler tillgängliga, ytterligare studier krävs för att bygga denna familj av material baserat på den allmänna designprocessen som har etablerats. Men vi syftar dessutom till att undersöka katalytiken, avkännings- och gästutbytesmöjligheter mer i detalj.”

Forskningen rapporteras i den senaste upplagan av tidskriften Naturkemi .