hostkristalstructuur

Een hostkristalstructuur is de onderliggende kristallijne lattice van een materiaal die gastdeeltjes kan herbergen. Het host-framework levert de ruimtelijke orde, symmetrie en afmetingen waarbinnen atomen, ionen of moleculen kunnen worden opgenomen. In dit concept is de gast het onderdeel dat wordt ingesloten in interstitiële ruimten of door substitutie de samenstelling van het raamwerk wijzigt.

Er bestaan twee hoofdmanieren waarop gasten worden gehuisvest. Interstitiële hosting vindt plaats wanneer gastdeeltjes zich in vrije ruimten tussen de atomen van de host plaatsen, bijvoorbeeld in octahedrale of tetrahedrale sites in nabije pakkingstructuren zoals fcc- of hcp-arrangementen. Substitutieve hosting treedt op wanneer een gastatoom een hostatoom vervangt, wat leidt tot veranderingen in de samenstelling en vaak in de eigenschappen van het materiaal. Sommige materialen kunnen beide mechanismen tegelijk vertonen, afhankelijk van de voorwaarden.

Veel voorkomende hoststructuren zijn onder andere vlakke of gelaagde verbindingen (zoals grafiet en andere lagenmaterialen), spinel- en perovskietachtige structuren, en raamwerkmaterialen zoals zeolieten en metalen-organische/opbouwde raamwerken (MOF). Deze structuren bieden vaak kanaaltjes of ruimten met specifieke grootte en bindingseigenschappen, die van cruciaal belang zijn voor fasetransities, diffusie van ionen en gastopslag.

Toepassingen bestrijken batterijtechnologie, opslag van waterstof of gassen, katalyse en sensorische functies. De stabiliteit, diffusie-eigenschappen en elektronische/thermische kenmerken van een hostkristalstructuur bepalen in grote mate de prestaties van het gastgedeelte. Analysemethoden zoals röntgendiffractie en Rietveld-ruimtelijke modellering worden gebruikt om de locatie, bezetting en invloed van gasten op de hoststructuur te bepalen.