Los materiales que contienen múltiples elementos metálicos son importantes para diversas aplicaciones, ya que la combinación de diferentes cationes metálicos proporciona propiedades nuevas o mejoradas. que no se puede obtener mediante el uso de un solo metal. Un estudio reciente que involucra experimentos de difracción de neutrones ha permitido el desarrollo de una nueva estrategia general para producir materiales complejos con arreglos de cationes metálicos que pueden ser controlados virtualmente bajo demanda para las aplicaciones deseadas; un resultado que será de gran importancia en diversos campos.

La preparación de materiales complejos con estructuras compuestas por múltiples cationes metálicos que ocupan sitios específicos es una tarea desafiante, ya que implica abordar simultáneamente la incorporación de diferentes elementos en posiciones exactas. Sin embargo, Estos materiales multimetálicos son importantes en varios campos diferentes, ya que la combinación de cationes metálicos proporciona propiedades nuevas o mejoradas; algo que no se puede lograr con el uso de un solo metal.

Se está utilizando una aplicación frecuente de óxidos y sales de metales mixtos como materiales de ánodos en baterías, debido a la superconductividad demostrada por varias familias multimetálicas cuyas estructuras están compuestas por varios cationes combinados. Otras aplicaciones incluyen los óxidos metálicos dopados que se utilizan en dispositivos ópticos y los óxidos de metales mixtos como catalizadores en la transformación química clave. Sin embargo, el uso de materiales multimetálicos para estas aplicaciones no es fácil; Sintetizar nuevos materiales con estructuras donde la disposición de los elementos metálicos es altamente controlable sigue siendo un desafío. De hecho, el control sobre la disposición de los elementos en la mayoría de los materiales multimetálicos existentes ha sido limitado o incluso inexistente hasta la fecha. Es más, existen limitaciones en cuanto a la cantidad y naturaleza de los elementos que se pueden combinar dentro de una estructura.

Una clase de materiales cristalinos, armazones organometálicos (MOF), están compuestos por una combinación de grupos de metales llamados unidades de construcción secundaria (SBU) y enlazadores orgánicos. Mientras que los MOF se construyen tradicionalmente con un solo catión metálico, Recientemente han demostrado la capacidad de incorporar múltiples elementos metálicos dentro de una estructura monocristalina. Sin embargo, Ha habido una falta de control fundamental sobre la disposición de los elementos metálicos usados ​​en la mayoría de los sistemas reportados hasta la fecha.

Un estudio reciente realizado por una colaboración internacional de institutos de investigación (Institut Laue-Langevin (ILL), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid e Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ambos institutos del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas), IMDEA Energy Institute (ICMA) y la Universidad Complutense de Madrid) han informado de cómo es posible utilizar un MOF construido con una SBU inorgánica en forma de varilla para combinar múltiples elementos metálicos en posiciones precisas. Esto da como resultado materiales con una disposición de cationes metálicos que se pueden controlar a escalas atómicas y mesoscópicas.

Un estudio de difracción de polvo de neutrones realizado en el ILL descubrió varias posibles disposiciones atómicas de los cationes metálicos dentro de las SBU. Los resultados de este trabajo proporcionan una nueva estrategia general para producir materiales multimetálicos complejos con disposiciones de cationes metálicos que pueden controlarse virtualmente a demanda para diversas aplicaciones deseadas. Dado que las propiedades de los materiales están dictadas por su composición y estructuras atómicas y mesoscópicas precisas, estos hallazgos serán de gran relevancia e importancia en varios campos.

Dra. Inés Puente Orench, El científico de ILL y coautor de este estudio dice:"Los neutrones, y específicamente el multidetector de alta resolución D2B y el difractómetro de polvo de alta intensidad D1B en el ILL, fueron parte integral de este estudio, ya que nos permitieron observar las ubicaciones precisas de los elementos metálicos en la estructura cristalográfica. Estas observaciones no podrían haberse realizado utilizando ninguna otra técnica, ya que no habrían permitido distinguir los diferentes elementos metálicos. Teniendo en cuenta la gran cantidad de MOF existentes compuestos por múltiples SBU, este método se generalizará para preparar nuevos materiales con composiciones aptas para ciertas aplicaciones en las que se pueden disponer múltiples cationes metálicos en posiciones atómicas precisas y deseadas ".