Coördinatiepolymeren (CP's) die zijn samengesteld uit organische radicalen hebben de afgelopen jaren veel onderzoeksaandacht gekregen vanwege hun potentiële toepassing op een breed scala aan elektronica van de volgende generatie, van flexibelere apparaten tot spintronica-technologie voor informatieopslag. Echter, CP's vertonen vaak een beperkte stabiliteit en een slechte kristalliniteit. Onderzoekers van het Japanse Instituut voor Moleculaire Wetenschappen (IMS), Nationaal Instituut voor Natuurwetenschappen (NINS), hebben een nieuw recept ontwikkeld dat niet alleen een stabiel materiaal produceert, maar biedt een verscheidenheid aan andere handige attributen.

Hun bevindingen verschijnen in het tijdschrift Tijdschrift van de American Chemical Society op 15 maart.

Materialen met ongepaarde elektronen op 2D-honingraatroosters hebben veel aandacht getrokken als potentiële kandidaten voor toekomstige elektronische, spintronische en fotonische apparaattoepassingen. Een op organische radicalen gebaseerd coördinatiepolymeer (CP) is een kandidaat van dergelijke materialen, en heeft een structuur die metaalatomen bevat in het midden van de zich herhalende reeks organische radicalen. Er zijn tot nu toe verschillende op radicalen gebaseerde CP's met honingraatroosterstructuren opgesteld, maar diepgaand onderzoek van hun functies en materiaalontwikkeling wordt vaak belemmerd vanwege hun instabiliteit en slechte kristalliniteit.

Radicalen zijn atomen of moleculen, een ongepaard elektron in de buitenste schil. Dit gebrek aan koppeling met een ander elektron maakt het extreem reactief met andere stoffen, dus radicalen hebben de neiging om van zeer korte duur te zijn. Er zijn, echter, sommige radicalen die lang meegaan, zelfs in dagelijkse temperatuur- en drukomstandigheden. Deze stabiele radicalen vertonen elektrische, magnetische en foto-emissie-eigenschappen, vergelijkbaar met kenmerken van anorganische materialen zoals metalen, oxiden en chalcogeniden.

"Stal, zeer kristallijn, op radicalen gebaseerde CP's met honingraatroosterstructuren hebben een groot potentieel om het nut van deze klasse materialen in toekomstige toepassingen uit te breiden. Maar ook al zijn dergelijke materialen in principe mogelijk, het ontwerp en de synthese waren vrij ongrijpbaar, " zei Tetsuro Kusamoto van IMS bij NINS.

Het IMS-team heeft een recept gemaakt voor CP's die lang meegaan onder omgevingscondities. Het maakt gebruik van een geheel nieuwe, driehoekige organische radicaal, drie (3, 5-dichloor-4-pyridyl)methylradicaal, of trisPyM. Deze radicaal is niet alleen stabiel, maar vertoont ook fotoluminescentie in oplossing en vaste toestanden. In aanvulling, trisPyM combineren met een zinkhoudend molecuul, Zn ^II (hexafluoracetylacetonaat) ₂ , produceren wat ze trisZn noemen, de onderzoekers ontwikkelden een stabiele, kristallijne en fotoluminescente op radicalen gebaseerde CP met een 2D-honingraatstructuur.

"TrisZn is slechts een proof of concept van ons recept, en een groot aantal op radicalen gebaseerde CP's kunnen in principe worden geproduceerd door eenvoudigweg verschillende metaalionen of metaalcomplexeenheden te gebruiken. Ik hoop dat sommige van deze materialen in de echte wereld worden toegepast of ongekende verschijnselen vertonen die de materiaalwetenschap vooruithelpen", aldus Tetsuro.