Struct Bond (2020) 183: 1–74
https://doi.org/10.1007/430_2020_57
# Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 16 July 2020
Guests in Nanochannels of Zeolite L
Gion Calzaferri
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Synthesis of Zeolite L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Guests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.1 Ship-in-a-Bottle Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2 Synthesis of Composites Containing Two or More Different Guests . . . . . . . . . . . . . . . 13
4 Functionalization: Stopcocks, Coat, Polymer Brushes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1 Stopcocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 Functionalization of the Whole Outer Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5 Patterns of ZL Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1 Oriented Monolayers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.2 Chains, Files, Hexagonal, and Other Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6 Structure of the Guest-ZL Composites . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 28
7 Electronic Absorption and Luminescence Properties of the Host-Guest Composites . . . . . 33
7.1 Absorption and Luminescence Spectra of Organic Guest-ZL Composites . . . . . . . . . . 34
7.2 Oscillator Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7.3 Influence of the Acidity of the Channels on the Guests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
7.4 Exciton Coupling of Organic Guests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
8 ZL as a Catalyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
9 Artificial Photonic Antenna Systems for Light Harvesting, Transport, and Trapping . . . . 49
9.1 Communication with the Outside World . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
10 Biological and Biomedical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 59
11 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Abstract Zeolite L (ZL) is a unique host. It accepts a large number of different
guests inside of its nanochannels and allows specific modification of its surface. This
is due to the combination of its chemical, structural, optical, and mechanical
properties. The resulting composites have been investigated in a surprisingly broad
field of applications, ranging from catalysis, lubricant technology, pigments, sensing, optics, optoelectronics, biology, drug delivery, diagnostics, and even human
G. Calzaferri (*)
Department of Chemistry and Biochemistry, University of Bern, Bern, Switzerland
e-mail: gion.calzaferri@dcb.unibe.ch
https://doi.org/10.1007/430_2020_57
# Springer Nature Switzerland AG 2020
Published online: 16 July 2020
Guests in Nanochannels of Zeolite L
Gion Calzaferri
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Synthesis of Zeolite L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3 Guests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.1 Ship-in-a-Bottle Synthesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2 Synthesis of Composites Containing Two or More Different Guests . . . . . . . . . . . . . . . 13
4 Functionalization: Stopcocks, Coat, Polymer Brushes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.1 Stopcocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 Functionalization of the Whole Outer Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5 Patterns of ZL Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.1 Oriented Monolayers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.2 Chains, Files, Hexagonal, and Other Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6 Structure of the Guest-ZL Composites . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 28
7 Electronic Absorption and Luminescence Properties of the Host-Guest Composites . . . . . 33
7.1 Absorption and Luminescence Spectra of Organic Guest-ZL Composites . . . . . . . . . . 34
7.2 Oscillator Strength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7.3 Influence of the Acidity of the Channels on the Guests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
7.4 Exciton Coupling of Organic Guests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
8 ZL as a Catalyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
9 Artificial Photonic Antenna Systems for Light Harvesting, Transport, and Trapping . . . . 49
9.1 Communication with the Outside World . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
10 Biological and Biomedical Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 59
11 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Abstract Zeolite L (ZL) is a unique host. It accepts a large number of different
guests inside of its nanochannels and allows specific modification of its surface. This
is due to the combination of its chemical, structural, optical, and mechanical
properties. The resulting composites have been investigated in a surprisingly broad
field of applications, ranging from catalysis, lubricant technology, pigments, sensing, optics, optoelectronics, biology, drug delivery, diagnostics, and even human
G. Calzaferri (*)
Department of Chemistry and Biochemistry, University of Bern, Bern, Switzerland
e-mail: gion.calzaferri@dcb.unibe.ch