Licht-activeerbare moleculen zijn – in oplossing – niks nieuws. Maar het Feringa-lab heeft nu een poreuze vaste stof ontwikkeld die onder invloed van licht reversibel schakelt tussen twee isomeren. En dat even goed als de opgeloste variant, staat in Nature Chemistry.

Voor de met licht activeerbare nanoauto’s kreeg Ben Feringa de Nobelprijs in 2016. Die autootjes werkten op basis van een alkeen (C=C-binding) die je met de energie van uv-licht kort openbreekt, zodat de binding een halve slag draait. Dat werkt uitstekend in oplossing, maar in vaste stoffen was het nog niet met dezelfde efficiëntie gelukt. Maar nu hebben Fabio Castiglioni en collega’s onder leiding van Feringa een vaste stof ontwikkeld die wél efficiënt en reversibel schakelt en nog interessante toepassingen heeft ook.

De onderzoekers gebruikten in deze paper een alkeenverbinding met grote aromatische structuren aan weerszijden (overcrowded alkene, zie afbeelding). Die verbonden ze via de elegante Yamamoto cross coupling met een tetrafenylmethaan, waardoor een porous switchable framework (PSF’s) ontstond met een extreem hoog oppervlak. De Brunauer-Emmett-Teller-oppervlaktes van de twee varianten die het team maakte, waren 4,545 en 3,948 m² _­per gram.

Met licht kun je switchen tussen de twee isomeren; 365 nm voor de een (metastabiel, geel poeder) en 470 nanometer of verhitting voor de ander (stabiel, wit poeder). Het verschil tussen de twee isomeren is onder andere de poriegrootte. Met gasadsorptie-experimenten lieten de onderzoekers zien dat je zo’n 20 % minder CO₂ kunt adsorberen aan de metastabiele vorm ten opzichte van het stabiele isomeer. Je zou het materiaal dus kunnen gebruiken om gecontroleerd gassen op te nemen en vrij te laten.

Het idee achter het ontwerp van de PSF’s kun je uitbreiden met rotors, motors en schakelaars, zodat je ze zou kunnen gebruiken voor ingenieuze scheidingstechnologieën gebaseerd op specifieke enantiomeren of groottes.

_{Castiglioni, F. et al. (2020) Nat. Chem. 12(7)}