In een lab net buiten Barcelona, kleine deeltjes ordenen zichzelf in geordende 3D-structuren, als kleine geanimeerde Legoblokjes die zichzelf op hun plaats klikken. Deze deeltjes zijn zeer poreuze organisch-anorganische hybriden waarvan de grootte en vorm kunnen worden gecontroleerd om de eigenschappen van het resulterende ensemble af te stemmen.

Zelfassemblage is al lang alomtegenwoordig in de chemie, materiaalkunde en biologie, maar het komt nu naar voren als een efficiënte route naar een reeks materialen met uniforme structuren, vooral op nanoschaal. Veel studies tot nu toe hebben de synthese gerapporteerd van polymere en op metaal gebaseerde deeltjes die spontaan zichzelf assembleren tot geordende 3D-superstructuren. Vandaag, onderzoekers van het Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) en het Institute of Materials Science of Madrid (ICMM-CSIC) presenteren hun bevindingen met betrekking tot hybride metaal-organische deeltjes, metaal-organische raamwerken (MOF's) toevoegen aan de lijst met verbindingen die kunnen worden gesynthetiseerd voor 3D-zelfassemblage.

Kanonskogels stapelen zich gemakkelijk op dankzij hun vorm, op hun plaats passen, ongeacht hun oriëntatie. Bakstenen, echter, moeten op de juiste manier worden uitgelijnd om een ​​ordelijke stapel te creëren. Wanneer dit op nanoschaal gebeurt, de problemen zijn hetzelfde. Een voorwaarde voor dit stop-motion Lego-effect is dat alle gesynthetiseerde deeltjes dezelfde grootte (monodispersiteit) en vorm hebben, zodat wanneer ze op hun plaats klikken, de resulterende regeling is goed geordend, goed verpakt en functioneel.

Tot nu, dit was nooit bereikt voor kristallijne hybride verbindingen zoals MOF's, ondanks hun veelvlakkige geometrieën. Maar in dit laatste werk deze week gepubliceerd in Natuurchemie , Spaanse onderzoekers rapporteren de succesvolle synthese van MOF's "ZIF-8" en "UiO-66" met de vereiste homogeniteit van grootte en vorm.

De resulterende 3D-bovenbouw, bestaande uit vele miljarden identieke deeltjes gerangschikt in kristallen van enkele millimeters breed, eigenschappen die typisch zijn voor fotonische kristallen, een veelbelovend nieuw materiaal voor de manipulatie van licht. Als zodanig, de nieuwe structuren verstrooien licht op een manier die kleur geeft zonder het gebruik van pigmenten of kleurstoffen, structuurkleur genoemd. Verder, door de grootte en vorm van de deeltjes bij synthese te regelen, onderzoekers kunnen de fotonische bandafstand van het materiaal afstemmen om te bepalen welke kleur wordt bereikt.

Opgebouwd uit MOF's, de nieuwe structuren hebben ook een hoge porositeit, een functie die kan worden misbruikt in detectietoepassingen. Verschillende stoffen die in de poriën worden geadsorbeerd, zorgen ervoor dat het licht in verschillende kleuren wordt gebroken. Dit effect kan zo worden afgestemd dat een bepaalde kleur de aanwezigheid van een bepaalde stof aangeeft. De mogelijkheid om 3D-superstructuren te vormen uit poreuze eenheden opent ook de deur naar toepassingen op basis van de uitlijning van de poriën op grote schaal, bijvoorbeeld, om verbeterde membranen voor gasadsorptie en katalyse te produceren.