Het toevoegen van fotozuur aan een speciaal soort gesmolten polymeerkristal zorgt voor een betere en schakelbare protongeleiding. Dit kan leiden tot nieuwe materialen voor het geheugen, supercondensator- en transistortechnologieën.

Onderzoekers van het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) in Japan hebben een aan/uit-schakelgedrag aangetoond in een coördinatiepolymeerkristal.

Coördinatiepolymeerkristallen zijn anorganische en organische hybride materialen. Ze staan ​​bekend om hun structurele en functionele diversiteit en hun vermogen om protonen te geleiden.

Protongeleiding is een vorm van elektrische geleiding waarbij positieve waterstofionen (H+) de lading dragen in plaats van elektronen. Het speelt een sleutelrol bij het stimuleren van fotosynthese in planten en zou kunnen worden gebruikt om betere brandstofcellen te ontwikkelen.

Een team van onderzoekers onder leiding van Satoshi Horike en Susumu Kitagawa heeft een coördinatiepolymeer (CP) gesynthetiseerd door zinkoxide te laten reageren, fosforzuur en imidazool in ethylalcohol bij kamertemperatuur. Het CP werd vervolgens gesmolten en triflinezuur werd toegevoegd. Het resulterende mengsel werd vervolgens afgekoeld en herkristalliseerd. Deze 'zure dotering' van de CP verhoogde zijn protongeleidbaarheid aanzienlijk.

Het team smolt hun oorspronkelijke CP opnieuw en voegde in plaats daarvan het 'fotozuur' pyranine toe. Fotozuren zijn moleculen die zuurder worden bij absorptie van licht. Nadat het materiaal is afgekoeld, zijn nu herkristalliseerde vorm werd blootgesteld aan licht en zijn protongeleidbaarheid verbeterde. Toen het licht uitging, zijn geleidbaarheid nam af en keerde terug naar zijn oorspronkelijke staat. Deze verandering kan worden in- en uitgeschakeld gedurende meerdere opeenvolgende cycli van blootstelling aan licht.

Zure dotering van de CP resulteerde in minimale structurele verandering met algehele verbetering van de protongeleidbaarheid. Doping van de CP met fotozuur gaf de onderzoekers on-demand externe controle over de ionenstroom in het materiaal.

"Dit is de eerste demonstratie van het gebruik van de smelttoestand voor CP-functionalisatie, " concluderen de onderzoekers in hun studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie . Hun smeltdopingstrategie kan mogelijk worden uitgebreid om een ​​nieuwe klasse van protongeleidende vaste stoffen te synthetiseren die kunnen worden gebruikt in niet-vluchtige geheugentechnologieën, op ionen gebaseerde transistoren, en door licht geïnduceerde ionische/elektrische stroomcircuits.

Het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) aan de Universiteit van Kyoto in Japan heeft tot doel de integratie van cel- en materiaalwetenschappen te bevorderen, beide traditioneel sterke velden aan de universiteit, in een uniek innovatieve wereldwijde onderzoeksomgeving. iCeMS combineert de biowetenschappen, scheikunde, materiaalwetenschap en natuurkunde om materialen te creëren voor mesoscopische celcontrole en cel-geïnspireerde materialen. Dergelijke ontwikkelingen zijn veelbelovend voor aanzienlijke vooruitgang in de geneeskunde, farmaceutische studies, het milieu en de industrie.