Net als transformatoren, de levende robotwezens die het vermogen hebben om hun lichaam naar believen te veranderen, wetenschappers hebben nu nieuwe 3D-nanoporeuze materialen ontwikkeld die conformationele veranderingen ondergaan en transformeren in een 2D niet-poreuze structuren als gevolg van een externe stimulus. Ze kunnen dan verschuiven naar de oorspronkelijke 3D-nanoporeuze structuur wanneer de stimulus wordt omgekeerd.

De studie, ontwikkeld door een team van de Spaanse Nationale Onderzoeksraad (CSIC) en vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde materialen , kunnen potentiële toepassingen hebben als membranen voor selectieve gasscheiding of gasadsorptie, als katalysatoren voor chemische reacties, als inkapseling en medicijnafgifte voor actieve stoffen of adsorptie van gevaarlijk afval.

Onderzoekers hebben deze materialen ontwikkeld met behulp van flexibele en bolvormige icosahedrale op boor gebaseerde moleculen als liganden. "De bolvorm van de liganden is de belangrijkste factor die de structuren in staat stelt terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm, het mogelijk maken van de herschikking van de verschillende onderdelen, en zonder de hele structuur in te storten", zegt Jose Giner, van het Anorganic Materials and Catalysis Laboratory van het Institute of Materials Science van Barcelona (ICMAB-CSIC).

Het materiaal behoort tot een klasse van poreus kristallijn materiaal dat wordt gevormd door de assemblage van metaalionen of clusters met overbruggende organische linkers die metaal-organische raamwerken (MOF's) worden genoemd. In dit onderzoek, het gebruik van sferische linkers in plaats van vlakke kan helpen bij het stabiliseren van de flexibele structuren. "Het idee van bolvormige linkers die instorting van de structuur vermijden, kan ook als volgt worden begrepen:twee lagen zullen over elkaar rollen als ze worden gescheiden door bollen; terwijl ze zullen instorten als niet-sferische pilaren worden gebruikt, ", legt Gier uit.

"De waargenomen transformatie wordt niet alleen veroorzaakt door convectionele organische oplosmiddelen, maar ook door groene superkritische CO2, de weg vrijmaken voor duurzame processen", zegt Ana López-Periago van de groep Supercritical Fluids and Functional Materials bij ICMAB.

Als proof of concept voor mogelijke toepassingen, inkapseling van fullereenmoleculen is bereikt door ze op te sluiten tijdens de omkeerbare 2D- naar 3D-overgang, terwijl de structuur wordt gevormd. "Het waargenomen proces vormt een nieuwe manier om grote moleculen in te kapselen die niet gemakkelijk in het poreuze materiaal kunnen diffunderen, ", voegt Gier toe.

De focus van de wetenschappelijke activiteit van de LMI-groep ligt op de chemie van boorclusters. Hun geometrische vormen en het feit dat ze een halfmetaalion bevatten, boor, geven ze unieke eigenschappen die grotendeels onbekend zijn. De groep onderzoekt de synthese van nieuwe structuren en hun toepassingen op verschillende gebieden, zoals antitumormiddelen, katalyse, ontzilting van water, of sensoren.