L'ajout de photoacide à un type spécial de cristal polymère fondu permet une conductivité protonique meilleure et commutable. Cela pourrait conduire à de nouveaux matériaux pour la mémoire, technologies des supercondensateurs et des transistors.

Des chercheurs de l'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) au Japon ont démontré un comportement de commutation marche/arrêt dans un cristal de polymère de coordination.

Les cristaux de polymère de coordination sont des matériaux hybrides inorganiques et organiques. Ils sont connus pour leur diversité structurelle et fonctionnelle et leur capacité à conduire des protons.

La conduction protonique est une forme de conduction électrique dans laquelle les ions hydrogène positifs (H+) portent la charge au lieu des électrons. Il joue un rôle clé dans l'alimentation de la photosynthèse des plantes et pourrait être utilisé pour développer de meilleures piles à combustible.

Une équipe de chercheurs dirigée par Satoshi Horike et Susumu Kitagawa a synthétisé un polymère de coordination (CP) en faisant réagir de l'oxyde de zinc, acide phosphorique et imidazole dans l'alcool éthylique à température ambiante. Le CP a ensuite été fondu et de l'acide triflique a été ajouté. Le mélange résultant a ensuite été refroidi et recristallisé. Ce « dopage acide » du CP a considérablement amélioré sa conductivité protonique.

L'équipe a à nouveau fondu leur CP d'origine et a ajouté à la place de la pyranine "photoacide". Les photoacides sont des molécules qui deviennent plus acides lors de l'absorption de la lumière. Après refroidissement du matériau, sa forme maintenant recristallisée a été exposée à la lumière et sa conductivité protonique s'est améliorée. Quand la lumière s'est éteinte, sa conductivité a diminué et est revenue à son état d'origine. Ce changement peut être activé et désactivé sur plusieurs cycles consécutifs d'exposition à la lumière.

Le dopage acide du CP a entraîné un changement structurel minimal avec une amélioration globale de la conductivité des protons. Le dopage du CP avec du photoacide a donné aux chercheurs un contrôle externe à la demande du courant ionique dans le matériau.

"C'est la première démonstration d'utilisation de l'état de fusion pour la fonctionnalisation de CP, " concluent les chercheurs dans leur étude publiée dans la revue Angewandte Chemie . Leur stratégie de dopage à l'état fondu pourrait potentiellement être étendue pour synthétiser une nouvelle classe de solides conducteurs de protons pouvant être utilisés dans les technologies de mémoire non volatile, transistors à base d'ioniques, et les circuits de courant ionique/électrique induits par la lumière.

L'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) de l'Université de Kyoto au Japon vise à faire progresser l'intégration des sciences cellulaires et des matériaux, deux domaines traditionnellement forts à l'université, dans un environnement de recherche mondial unique et innovant. iCeMS combine les biosciences, chimie, la science et la physique des matériaux pour créer des matériaux pour le contrôle cellulaire mésoscopique et des matériaux inspirés des cellules. De tels développements sont prometteurs pour des avancées significatives en médecine, études pharmaceutiques, l'environnement et l'industrie.