Een groep onderzoekers onder leiding van wetenschappers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science en de Universiteit van Tokyo heeft een ongewoon materiaal gemaakt - een zacht kristal gemaakt van moleculen die bekend staan ​​als catenanen - dat zich op een nieuwe manier gedraagt ​​dat kan worden gebruikt in toepassingen zoals als films die koolstofdioxidemoleculen opvangen. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuur .

Een catenaan is een soort molecuul waarin twee of meer ringen in elkaar grijpen, zoals de ringen die goochelaars gebruiken in hun trucs, en langs elkaar kunnen glijden, het creëren van conformationele veranderingen die materialen interessante eigenschappen kunnen geven. Dit soort moleculen komen in de natuur voor, waar ze vaak fungeren als moleculaire machines. Tot nu toe, ketens van catenanen - bekend als polycatenanen - zijn gemaakt, maar wetenschappers hebben nooit driedimensionale kristallen onderzocht die uit deze moleculen bestaan.

De groep ging dit onderzoeken, en creëerde een nieuw materiaal door kristallen van catenanen en kobaltionen in een oplosmiddel te laten groeien. Door de rangschikking van catenaanmoleculen zorgvuldig te controleren door de vorming van coördinatiebindingen met de kobaltionen, ze dachten dat ze een driedimensionaal netwerk zouden kunnen creëren dat bijna uitsluitend uit catenanen bestaat, die samenwerken om nieuwe functies te creëren.

De onderzoekers gebruikten vervolgens monokristallijne röntgendiffractie om de structuur van het zachte kristal te onderzoeken.

Terwijl de onderzoekers in wezen aan het onderzoeken waren welke soorten eigenschappen dergelijke materialen zouden kunnen hebben, ze waren verrast door de resultaten van de analyse. Eerst, in overeenstemming met hun verwachtingen, ze vonden dat door het gewicht, catenanen vormden meer dan 90 procent van het kristal. interessant, ze ontdekten dat het poreus was, met gaten die oplosmiddel kunnen adsorberen, of gasvormige moleculen, en dat de porievorm veranderde toen de gastmoleculen de structuur binnengingen of verlieten.

In aanvulling, met behulp van een techniek van nano-inspringing om de mechanische eigenschappen te bestuderen, ze ontdekten dat het materiaal gemakkelijk vervormde als het mechanisch werd ingedrukt - en dat de Young's modulus, een index van het gemak waarmee het vervormt, is vergelijkbaar met die van polypropyleen, een plastic dat wordt gebruikt in verpakkingsmaterialen en ander gebruik - en dat, verrassend genoeg, het keerde terug naar zijn oorspronkelijke vorm, zonder schade, bij het wegnemen van de kracht. Verder, toen ze het probeerden te comprimeren, ze ontdekten dat het het meest in een specifieke richting samendrukte, en ze waren in staat om de vervormbare aard ervan te verklaren door aan te tonen dat eigenlijk, de ringen van de catenaanmoleculen gleed weg, waardoor het materiaal kan comprimeren.

Hiroshi Sato, die het onderzoek leidde, zegt, "Wij geloven dat deze resultaten kunnen leiden tot de creatie van innovatieve poreuze materialen die gasmoleculen zoals koolstofdioxide kunnen adsorberen en desorberen door ze simpelweg met onze vingers te knijpen en los te laten."