Published July 12, 2022 | Version v1
Publication Open

Exploration of glassy state in Prussian blue analogues

Creators

  • 1. Kyoto Katsura Hospital
  • 2. Kyoto University
  • 3. Kyushu University
  • 4. Duy Tan University
  • 5. Aalborg University
  • 6. Fukuoka University
  • 7. Vidyasirimedhi Institute of Science and Technology
  • 8. Tohoku University
  • 9. Japan Synchrotron Radiation Research Institute
  • 10. National Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Description

Prussian blue analogues (PBAs) are archetypes of microporous coordination polymers/metal-organic frameworks whose versatile composition allows for diverse functionalities. However, developments in PBAs have centred solely on their crystalline state, and the glassy state of PBAs has not been explored. Here we describe the preparation of the glassy state of PBAs via a mechanically induced crystal-to-glass transformation and explore their properties. The preservation of short-range metal-ligand-metal connectivity is confirmed, enabling the framework-based functionality and semiconductivity in the glass. The transformation also generates unconventional CN- vacancies, followed by the reduction of metal sites. This leads to significant porosity enhancement in recrystallised PBA, enabled by further accessibility of isolated micropores. Finally, mechanical stability under stress for successful vitrification is correlated to defect contents and interstitial water. Our results demonstrate how mechanochemistry provides opportunities to explore glassy states of molecular framework materials in which the stable liquid state is absent.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

نظائرها الزرقاء البروسية (PBAs) هي نماذج أصلية من بوليمرات التنسيق الدقيقة المسامية/الأطر المعدنية العضوية التي يسمح تكوينها المتنوع بوظائف متنوعة. ومع ذلك، تركزت التطورات في PBAs فقط على حالتها البلورية، ولم يتم استكشاف الحالة الزجاجية لـ PBAs. هنا نصف تحضير الحالة الزجاجية لـ PBAs عبر تحويل المستحث ميكانيكيًا من الكريستال إلى الزجاج واستكشاف خصائصها. تم تأكيد الحفاظ على الاتصال المعدني قصير المدى، مما يتيح الوظيفة القائمة على الإطار وشبه الموصلية في الزجاج. يولد التحول أيضًا وظائف شاغرة غير تقليدية، يليها تقليل المواقع المعدنية. وهذا يؤدي إلى تعزيز كبير في المسامية في PBA المعاد بلورتها، ممكّنة من خلال زيادة إمكانية الوصول إلى المسام الدقيقة المعزولة. أخيرًا، يرتبط الاستقرار الميكانيكي تحت الضغط للتزجيج الناجح بمحتويات العيب والماء الخلالي. توضح نتائجنا كيف توفر الكيمياء الميكانيكية فرصًا لاستكشاف الحالات الزجاجية لمواد الإطار الجزيئي التي تغيب فيها الحالة السائلة المستقرة.

Translated Description (French)

Les analogues du bleu de Prusse (PBA) sont des archétypes de polymères de coordination microporeux/cadres organométalliques dont la composition polyvalente permet diverses fonctionnalités. Cependant, les développements dans les PBA se sont concentrés uniquement sur leur état cristallin, et l'état vitreux des PBA n'a pas été exploré. Nous décrivons ici la préparation de l'état vitreux des PBA via une transformation cristal-verre induite mécaniquement et explorons leurs propriétés. La préservation de la connectivité métal-ligand-métal à courte portée est confirmée, permettant la fonctionnalité et la semi-conductivité basées sur le cadre dans le verre. La transformation génère également des postes vacants CN- non conventionnels, suivis de la réduction des sites métalliques. Cela conduit à une amélioration significative de la porosité dans le PBA recristallisé, rendue possible par une accessibilité accrue des micropores isolés. Enfin, la stabilité mécanique sous contrainte pour une vitrification réussie est corrélée aux teneurs en défauts et en eau interstitielle. Nos résultats démontrent comment la mécanochimie offre des opportunités pour explorer les états vitreux des matériaux du cadre moléculaire dans lesquels l'état liquide stable est absent.

Translated Description (Spanish)

Los análogos del azul de Prusia (PBA) son arquetipos de polímeros de coordinación microporosos/estructuras organometálicas cuya composición versátil permite diversas funcionalidades. Sin embargo, los desarrollos en los PBA se han centrado únicamente en su estado cristalino, y no se ha explorado el estado vítreo de los PBA. Aquí describimos la preparación del estado vítreo de los PBA a través de una transformación de cristal a vidrio inducida mecánicamente y exploramos sus propiedades. Se confirma el mantenimiento de la conectividad metal-ligando-metal de corto alcance, lo que permite la funcionalidad y la semiconductividad basadas en el marco en el vidrio. La transformación también genera vacantes de CN- no convencionales, seguidas de la reducción de sitios metálicos. Esto conduce a una mejora significativa de la porosidad en el PBA recristalizado, habilitado por una mayor accesibilidad de los microporos aislados. Finalmente, la estabilidad mecánica bajo estrés para una vitrificación exitosa se correlaciona con el contenido de defectos y el agua intersticial. Nuestros resultados demuestran cómo la mecanoquímica proporciona oportunidades para explorar estados vítreos de materiales estructurales moleculares en los que el estado líquido estable está ausente.

Files

s41467-022-31658-w.pdf.pdf

Files (2.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:80f12556e343c7e77ad04b5e9db15c54
2.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استكشاف الحالة الزجاجية في نظائرها الزرقاء البروسية
Translated title (French)
Exploration de l'état vitreux dans les analogues du bleu de Prusse
Translated title (Spanish)
Exploración del estado vítreo en análogos del azul de Prusia

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4285090365
DOI
10.1038/s41467-022-31658-w

Is supplement to
https://openalex.org/W4386488000 (Other)
https://openalex.org/W4321790516 (Other)
https://openalex.org/W4247877877 (Other)
https://openalex.org/W4242328659 (Other)
https://openalex.org/W2811237226 (Other)
https://openalex.org/W2735678415 (Other)
https://openalex.org/W2273613831 (Other)
https://openalex.org/W2050029444 (Other)
https://openalex.org/W2048013059 (Other)
https://openalex.org/W2020414767 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1594580501
  • https://openalex.org/W1711593978
  • https://openalex.org/W1965507584
  • https://openalex.org/W1970127494
  • https://openalex.org/W1979544533
  • https://openalex.org/W1981368803
  • https://openalex.org/W1984003326
  • https://openalex.org/W1984426835
  • https://openalex.org/W1986316706
  • https://openalex.org/W1987345475
  • https://openalex.org/W1987943437
  • https://openalex.org/W1997622284
  • https://openalex.org/W2000927869
  • https://openalex.org/W2002531440
  • https://openalex.org/W2002913022
  • https://openalex.org/W2004945967
  • https://openalex.org/W2007016642
  • https://openalex.org/W2007395042
  • https://openalex.org/W2012777271
  • https://openalex.org/W2030199393
  • https://openalex.org/W2030446652
  • https://openalex.org/W2045896163
  • https://openalex.org/W2046471185
  • https://openalex.org/W2054516514
  • https://openalex.org/W2054704030
  • https://openalex.org/W2068972463
  • https://openalex.org/W2071182809
  • https://openalex.org/W2072435392
  • https://openalex.org/W2079105963
  • https://openalex.org/W2083222334
  • https://openalex.org/W2085917864
  • https://openalex.org/W2087698390
  • https://openalex.org/W2087973854
  • https://openalex.org/W2088403429
  • https://openalex.org/W2088925839
  • https://openalex.org/W2092157292
  • https://openalex.org/W2135770058
  • https://openalex.org/W2148586320
  • https://openalex.org/W2163623272
  • https://openalex.org/W2165739027
  • https://openalex.org/W2258137120
  • https://openalex.org/W2276923202
  • https://openalex.org/W2288102383
  • https://openalex.org/W2297017284
  • https://openalex.org/W2314712166
  • https://openalex.org/W2334282121
  • https://openalex.org/W2341068001
  • https://openalex.org/W2410055834
  • https://openalex.org/W2497007159
  • https://openalex.org/W2541013920
  • https://openalex.org/W2581877533
  • https://openalex.org/W2606174120
  • https://openalex.org/W2747678498
  • https://openalex.org/W2767127146
  • https://openalex.org/W2767992952
  • https://openalex.org/W2791659868
  • https://openalex.org/W2799712100
  • https://openalex.org/W2889188076
  • https://openalex.org/W2903378756
  • https://openalex.org/W2913278198
  • https://openalex.org/W2953681281
  • https://openalex.org/W2982657486
  • https://openalex.org/W2988972072
  • https://openalex.org/W2989553521
  • https://openalex.org/W2995162192
  • https://openalex.org/W2995918333
  • https://openalex.org/W3006639559
  • https://openalex.org/W3015879182
  • https://openalex.org/W3019460835
  • https://openalex.org/W3027248676
  • https://openalex.org/W3033416408
  • https://openalex.org/W3040903451
  • https://openalex.org/W3043654280
  • https://openalex.org/W3100415935
  • https://openalex.org/W3102301580
  • https://openalex.org/W3120018176
  • https://openalex.org/W3128057796
  • https://openalex.org/W3129276756
  • https://openalex.org/W3132265404
  • https://openalex.org/W3136220459
  • https://openalex.org/W3185791452
  • https://openalex.org/W3216933869
  • https://openalex.org/W4205823312