Une découverte qui bouleverse les principales hypothèses de la photochimie des cristaux !
Un cristal moléculaire présente la propagation d'une réaction photochimique
Les matériaux sensibles aux stimuli, dont les propriétés physiques changent en réponse à des stimuli externes tels que la lumière et la chaleur, sont largement étudiés en tant que matériaux fonctionnels de nouvelle génération. En particulier, les matériaux photoréactifs attirent beaucoup d'attention car leurs propriétés physico-chimiques peuvent être modulées à distance sans aucun contact physique. Parmi les matériaux photosensibles, les cristaux moléculaires photomécaniques, constitués de molécules qui subissent des réactions photochimiques sous l'effet de la lumière, font l'objet d'études approfondies en raison de leur comportement photosensible unique.
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On pensait que les réactions photochimiques se produisaient de manière uniforme, de sorte que lorsque la lumière éclaire uniformément des cristaux, ceux-ci changent de couleur de manière uniforme. Mais un groupe de recherche de l'Université métropolitaine d'Osaka a découvert qu'un cristal moléculaire photomécanique, la 2,5-distyrylpyrazine (DSP), subit des réactions photochimiques différentes, le changement de couleur s'étendant des bords du cristal vers son centre.
Daichi Kitagawa, Osaka Metropolitan University
Contrairement aux solutions où les molécules existent indépendamment, les molécules sont disposées de manière dense et régulière dans les cristaux, de sorte que la dynamique unique de la photoréaction dans les cristaux doit être prise en compte. Cependant, les études précédentes sur les matériaux cristallins moléculaires photoréactifs ont généralement supposé que les photoréactions dans les cristaux se déroulent comme celles dans les solutions et suivent la cinétique classique des photoréactions. La compréhension des changements de propriétés physico-chimiques basés sur la cinétique des réactions photochimiques dans les cristaux est donc un enjeu pour le développement de ce domaine de recherche.
Un groupe de recherche dirigé par Kohei Morimoto, étudiant en troisième année de doctorat à la Graduate School of Engineering de l'Université de la ville d'Osaka, ainsi que par le Dr Daichi Kitagawa et le professeur Seiya Kobatake de la Graduate School of Engineering de l'Université métropolitaine d'Osaka, a découvert que les photoréactions dans les cristaux de 2,5-distyrylpyrazine (DSP) se propagent de chacun des bords du cristal vers son centre. Les résultats de la recherche ont été publiés en ligne dans Angewandte Chemie International Edition le 3 novembre 2022.
Normalement, lorsque la lumière brille uniformément sur un cristal, le changement de couleur provoqué par la photoréaction se déroule également de manière uniforme. Cependant, le groupe de recherche a découvert que dans les cristaux DSP, le changement de couleur commence au bord du cristal et se dirige vers son centre, propageant la photoréaction comme une onde. Le groupe de recherche a déterminé que cette propagation du bord au centre du changement de couleur se produit pour deux raisons : un effet de surface, qui rend la réactivité extrêmement élevée sur les bords du cristal, et un effet coopératif, qui augmente également la réactivité des molécules dont les voisines ont déjà changé de couleur.
"Ce phénomène, qui s'écarte de la conception conventionnelle de la photochimie, est extrêmement important pour notre compréhension de la science fondamentale des photoréactions", a déclaré le Dr Kitagawa. "À l'avenir, nous aimerions clarifier les conditions nécessaires pour que cette photoréaction unique se produise et explorer comment elles peuvent être utilisées pour créer de nouveaux matériaux fonctionnels qui tirent parti de ce phénomène."
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