Cristale poroase în formă de arc pot susține materiale microscale reactive chimic
Cristalele sunt de obicei imaginate ca obiecte rigide, cu fețe plate și margini drepte. O echipă de cercetători de la Universitatea Osaka a creat recent un cristal poros care crește sub forma unei spirale asemănătoare unui arc. Echipa a descoperit, de asemenea, că acest cristal își poate schimba forma atunci când moleculele de solvent intră și ies din spațiile sale interne. Rezultatele au fost publicate în Angewandte Chemie International Edition.
Cristalele elicoidale sau răsucite sunt cunoscute în unele materiale organice, dar în materialele poroase acestea au fost raportate în principal ca cristale foarte mici, mănunchiuri sau agregate. Acest lucru a făcut dificilă înțelegerea modului în care aranjamentul intern al unui cristal este conectat la forma sa generală.
Echipa a folosit o moleculă organică pe bază de piren și a modificat condițiile de cristalizare. La 60°C, materialul a format cristale drepte, sub formă de ace. La 120°C, când solventul s-a evaporat mai rapid, acesta a format cristale elicoidale. Măsurătorile cu raze X au indicat că ambele forme au practic aceeași structură internă poroasă.
Cercetătorii propun că, în timpul creșterii rapide a cristalului, micile neregularități ale aranjamentului molecular pot fi capturate și pot cauza o creștere inegală, producând forma elicoidală. Acest mecanism rămâne o ipoteză: observarea directă în timpul creșterii cristalului este încă necesară, iar alte efecte, cum ar fi efectele solventului și convecția în soluție, nu au fost excluse.
Cristalele elicoidale au o suprafață măsurată de 1.185 m² pe gram, reflectând porozitatea lor ridicată, și își păstrează structura poroasă chiar și atunci când sunt încălzite peste 300°C. Când moleculele de solvent au fost eliminate din pori, spiralele s-au slăbit și s-au extins; când solventul a fost reintrodus, acestea s-au contractat ușor.
Această combinație de porozitate și schimbare de formă ar putea inspira materiale microscale care se mișcă ca răspuns la substanțe chimice sau materiale care aranjează molecule și ioni de-a lungul unor căi elicoidale.
„Această descoperire a provenit din observația atentă a lui Yuzuki Murata, un student la masterat în laboratorul meu”, spune autorul corespondent Ichiro Hisaki. „A răsturnat presupunerea noastră că cristalele trebuie să fie rigide și drepte. Combinând rezultatele experimentale cu cele computaționale, am putut propune modul în care aceste cristale elicoidale s-ar putea forma.”
Detalii de publicare: Yuzuki Murata et al., Helical Single Crystals of Porous Hydrogen‐Bonded Organic Frameworks as a Candidate for Morphologically Functional Organic Materials, Angewandte Chemie International Edition (2026). DOI: 10.1002/anie.7959451
