Conocidos por su excepcional porosidad que permite atrapar o transportar moléculas, Las estructuras organometálicas (MOF) toman la forma de un polvo, lo que los hace difíciles de formatear. Por primera vez, un equipo internacional dirigido por científicos del Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS / Chimie ParisTech) ha demostrado la sorprendente capacidad de un tipo de MOF para retener sus propiedades porosas en estado líquido y luego en estado de vidrio. Publicado hoy en Materiales de la naturaleza , estos hallazgos abren el camino hacia nuevas aplicaciones industriales.

Las estructuras metalorgánicas (MOF) constituyen una clase de materiales particularmente prometedora. Su excepcional porosidad permite almacenar y separar grandes cantidades de gas, o actuar como catalizador de reacciones químicas. Sin embargo, su estructura cristalina implica que se producen en forma de polvo, que es difícil de almacenar y utilizar para aplicaciones industriales. Por primera vez, un equipo de científicos del CNRS, Chimie ParisTech, Universidad de Cambridge, Air Liquide y los sincrotrones ISIS (Reino Unido) y Argonne (EE. UU.) Han demostrado que las propiedades de un MOF zeolítico se conservaron inesperadamente en la fase líquida (que generalmente no favorece la porosidad). Luego, después de enfriar y solidificar, el vidrio obtenido adoptó un desordenado, estructura no cristalina que también conservaba las mismas propiedades en cuanto a porosidad. Estos resultados permitirán dar forma y utilizar estos materiales de forma mucho más eficaz que en forma de polvo.

Lograr esto, los científicos utilizaron difracción de neutrones y rayos X para observar la estructura del MOF después de la fusión, una vez que estuvo en la fase líquida. Correlacionaron estos datos con simulaciones moleculares que reproducían las mismas condiciones de temperatura que las aplicadas al MOF durante la fusión. La combinación de los dos métodos les permitió describir los cambios estructurales que afectan al material cuando entra en la fase líquida y luego se vuelve a solidificar. Así consiguieron demostrar un mecanismo atípico. El MOF en estudio estaba formado por estructuras moleculares piramidales, cada uno consta de un átomo de zinc rodeado por cuatro cíclicos, moléculas orgánicas llamadas imidazolatos. Al derretirse, la energía generada por el aumento de temperatura pudo romper el vínculo entre un imidazolato y zinc, destruyendo así el marco piramidal. El espacio resultante fue luego ocupado por otro ciclo de imidazolato liberado por un marco vecino para recrear la estructura original. Son estos intercambios moleculares entre estructuras complejas los que dieron al MOF su carácter líquido.

En el caso de este MOF en particular, La porosidad resultó de la presencia de espacios entre las estructuras piramidales que podrían ser llenados por gases. Debido a que el MOF retuvo la misma estructura piramidal en estado líquido, así se mantuvo su porosidad. Además de la capacidad de este MOF para retener sus propiedades después de la fusión, este estudio describe el caso de un líquido poroso, muy pocos de los cuales aparecen en la literatura.