Geen keten, geen netwerk, maar een tapijt: voor het eerst is het gelukt om een stof tweedimensionaal te laten polymeriseren. En nu we weten hoe het moet kunnen we over nuttige toepassingen gaan nadenken, schrijven Zwitserse onderzoekers in Nature Chemistry.

Het is niet het eerste 2D-polymeer, want grafeen kun je ook als zodanig beschouwen. Alleen is bij grafeen geen sprake van gecontroleerde synthese.

Synthetische polymeren waren tot nu toe allemaal 1D óf 3D. Ga je uit van bouwstenen (monomeren) met elk 2 functionele uiteinden, dan krijg je lineaire ketens, dus een 1D-polymeer. Vrijwel alle plastics (thermoplasten) hebben die structuur.

Neem je monomeren met 3 uiteinden en laat je ze hun gang gaan, dan vormen ze een 3D-netwerk. Zeg maar een kluwen. Kunstharsen (thermoharders) zitten zo in elkaar.

Om een 2D-netwerk te krijgen moet je eveneens uitgaan van monomeren met 3 uiteinden. Alleen moet je ze dwingen om uitsluitend in een plat vlak met elkaar te reageren.

De Zwitsers hebben daar een elegante oplossing voor gevonden. Ze ontwierpen hun monomeer min of meer in de vorm van een prisma, met de functionele groepen op de zijkanten. Deze moleculen vormen kristallen waarin de prisma’s allemaal recht overeind staan.

Onder invloed van licht (470 nm golflengte) kun je vervolgens de functionele groepen met elkaar laten reageren: de zijvlakken van de prisma’s komen dan aan elkaar te zitten. Op dit moment bestaat het kristal dus in feite uit een stapel tweedimensionale velletjes die je alleen nog van elkaar los hoeft te weken, in een geschikt oplosmiddel.

De 2D-velletjes zijn zo instabiel dat de straling uit een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) ze al kapot maakt. Door af te koelen in vloeibare stikstof en de TEM-elektronenbundel zo zwak mogelijk af te stellen, lukte het echter toch om opnames te maken die bewijzen dat het echt 2D-velletjes zijn.

De onderzoekers suggereren dat je het materiaal, vanwege de uiterst regelmatige structuur, zou kunnen gebruiken als een soort moleculaire zeef. Daarvoor moeten ze wel kristallen zien te maken die een stuk groter zijn dan de 50 micrometer die ze tot nu toe hebben weten te halen.

bron: ETH Zürich