In Twente is een membraan ontwikkeld waarvan de poriegrootte reageert op de redoxpotentiaal van de omgeving. Een soort ‘slimme spons’ met potentiële toepassingen die variëren van scheidingsprocessen tot sensortechniek, schrijven Julius Vancso en promovendus Kaihuan Zhang in wat Angewandte Chemie betitelt als een ‘very important paper’.

Het membraan wordt opgebouwd door een filterpapiertje afwisselend polyacrylzuur en een zogeheten polyionische vloeistof te druppelen. Die laatste vloeistof bestaat uit een keten van polyferrocenylsilaan (PFS, afwisselend ferroceen en silicium), gefunctionaliseerd met het ionenpaar vinylimidazolium bis(trifluormethylsulfonyl)imide (VIm⁺ Tf₂N^-) als zijketen.

Van nature zitten hier geen poriën in. Die ontstaan echter wél wanneer je het membraan behandelt met een ammoniakoplossing, zodat de pH stijgt naar ongeveer 10. De COOH^-groepen van het polyacrylzuur raken dan hun protonen kwijt, waarna het resterende COO^- de Tf₂N^--groepen kan vervangen. Die laatste spoelen met het water weg.

De gaten die hierdoor in het membraan vallen, vormen samen een 3D-netwerk van met elkaar in verbinding staande poriën. De diameter ligt rond de 250 nanometer. Ongetwijfeld kun je die waarde instellen door met de receptuur te spelen, maar dát moeten Vancso c.s. nog in de vingers krijgen.

Dat die poriegrootte instelbaar is, heeft te maken met de ferroceencomponent. Het ijzer daarin kun je oxideren met bijvoorbeeld Fe(ClO₄)₃, waardoor de PFS-keten nog positiever wordt geladen dan hij al was. Het inmiddels negatief geladen polyacrylaat wordt er dus sterker tegenaan getrokken, waardoor de poriegrootte toeneemt. Met een reductor zoals ascorbinezuur kun je de oxidatie weer terugdraaien, waardoor de poriën weer krimpen. Onder een elektronenmicroscoop kun je het uitstekend zien.

Bovendien laat de oxidatie de kleur veranderen van oranje naar donkergroen, wat uiteraard erg handig is wanneer je het materiaal in een sensor wilt verwerken.

Oxideren van dat ijzer lukt trouwens ook door toevoeging van zilvernitraat. De zilverionen veranderen daarbij in metallisch zilver dat in de poriën neerslaat in de vorm van nanodeeltjes. Bekend is dat zulke deeltjes katalytisch actief zijn, en Vancso kan zich dus voorstellen dat je de combinatie van zilver en membraan kunt inzetten als katalysator in microreactoren.

Volgens Vancso zijn de gebruikte ingrediënten goedkoop genoeg om te denken aan toepassingen op gramschaal.

bron: UTwente, Angewandte Chemie