Zweedse onderzoekers realiseren theorie en maken ‘poreuze diamant’

Onderzoekers van drie Zweedse universiteiten hebben een nieuwe vorm van koolstof gemaakt die kan worden omschreven als een poreuze variant van diamant. Het materiaal, diamondiyne, heeft een driedimensionaal kristalrooster met zeer kleine open ruimtes. De structuur was al 35 jaar geleden theoretisch voorspeld, maar is nu voor het eerst experimenteel gerealiseerd.

Koolstof kan afhankelijk van de rangschikking van zijn atomen sterk verschillende materialen vormen, zoals diamant, grafiet en grafeen. Diamondiyne voegt daar een nieuwe structuur aan toe. De koolstofatomen vormen regelmatige viervlakken die via hun hoeken in drie dimensies met elkaar verbonden zijn. Tussen deze structuren blijven holtes over, waardoor het materiaal poreus wordt. Diamondiyne ontstaat als een dunne film op het grensvlak tussen twee vloeistoffen, met relatief eenvoudige en goedkope apparatuur.

Het maken van de juiste kristalstructuur bleek lastig. Onderzoekers experimenteerden ongeveer twee jaar met verschillende reactieomstandigheden voordat een voldoende geordend materiaal ontstond. De onderzoekers hebben inmiddels gebieden gemaakt waarin het patroon zich over ongeveer 10 bij 10 bij 10 nanometer herhaalt, waarbij de waargenomen structuur goed overeen komt met de eerdere theoretische modellen.

Programmeerbare nanoporiën

Het materiaal vertoont overeenkomsten met covalent organic frameworks (COF’s): poreuze structuren waarvan de openingen op moleculair niveau kunnen worden ontworpen. Diamondiyne kan worden gezien als een volledig uit koolstof opgebouwde variant daarvan. Dergelijke nanoporiën kunnen in principe zo worden ontworpen dat bepaalde moleculen of deeltjes wel worden doorgelaten of opgenomen en andere niet. Dat maakt poreuze materialen interessant voor toepassingen als CO₂-afvang, waterzuivering en batterijtechnologie. Voor diamondiyne zelf moeten die toepassingen overigens nog worden aangetoond.