Las imágenes tomadas con un microscopio de fuerza atómica han permitido a los investigadores observar, por primera vez, los cambios flexibles y dinámicos que se producen en las superficies de los cristales de "polímero de coordinación poroso" cuando se introducen las moléculas huésped. Los resultados, publicado en la revista Química de la naturaleza , tienen implicaciones para las investigaciones de materiales que se pueden utilizar para almacenar y detectar moléculas.

"Nos sorprendió descubrir que la superficie porosa del polímero de coordinación es excepcionalmente flexible y fluctúa constantemente en la solución, "dice Nobuhiko Hosono del Instituto de Ciencias Integradas del Material Celular de la Universidad de Kyoto (iCeMS), "al contrario de la percepción común de que el cristal es duro e inmóvil".

Los polímeros de coordinación porosos son materiales cristalinos que se forman por el autoensamblaje de iones metálicos y moléculas de unión orgánicas llamadas ligandos. Actualmente están siendo investigados por científicos de materiales debido a su capacidad para cambiar su estructura cuando se les introducen otras moléculas o cuando se exponen a ciertos estímulos externos. sin perder su cristalinidad. Esta propiedad los hace atractivos para desarrollar dispositivos que puedan adsorber selectivamente moléculas de gas y así filtrarlas o almacenarlas. como almacenar hidrógeno para obtener energía.

Aunque los investigadores son conscientes de que algunas estructuras cristalinas cambian cuando se exponen a ciertas moléculas, aún no habían podido observar estos cambios en tiempo real. Ver lo que sucede realmente puede hacer más estudios sobre el control de estos materiales.

investigadores de iCeMS, incluidos Nobuhiko Hosono y Susumu Kitagawa, usó microscopía de fuerza atómica para observar los cambios que ocurrieron en la superficie de un polímero de coordinación poroso monocristalino, hecho de grupos de zinc y dos tipos de ligandos, cuando se introdujeron las moléculas huésped de bifenilo.

El microscopio de fuerza atómica está formado por una pequeña sonda al final de un voladizo. Se registran los movimientos de la sonda sobre la superficie de un material, proporcionando una imagen de la topografía del material.

La superficie del cristal de polímero de coordinación se examinó primero en solución en condiciones estables. Las celosías organometálicas de la superficie eran de forma tetragonal. A continuación, se añadió al cristal una solución de bifenilo con una concentración que aumentaba gradualmente. Las imágenes se tomaron cada 13 segundos. El equipo descubrió que las celosías cambiaron a una forma rómbica en diez minutos cuando la concentración de bifenilo alcanzó un máximo de 500 milimoles / litro de solución debido a la combinación de la molécula con la superficie cristalina. La disminución de la concentración provoca la eliminación del bifenilo de la superficie del material y un rápido retorno de las formas tetragonales de las celosías.

Estudios posteriores mostraron que los cambios en la superficie apenas afectaron al resto de la estructura del cristal.

La naturaleza altamente sensible de la superficie porosa del polímero de coordinación, capturado con gran detalle, proporciona información que puede ayudar a guiar el desarrollo de materiales receptivos, los investigadores escriben en su artículo.