La microscopía electrónica de transmisión de alta resolución y dosis baja permite identificar varias estructuras defectuosas en un material de estructura organometálico y revela sus importantes funciones en las aplicaciones catalíticas. Crédito:KAUST / Xavier Pita
Los cristales perfectos no son necesariamente los más útiles. Los defectos en la estructura cristalina ordenada de las estructuras organometálicas (MOF) podrían adaptar estos materiales versátiles para aplicaciones específicas. Los investigadores de KAUST ya han desarrollado un método pionero para obtener imágenes de los defectos mediante microscopía electrónica de transmisión. Ahora informan que la creación de defectos específicos, visualizándolos, e investigar sus efectos químicos lleva la exploración de MOF a nuevos niveles de detalle y control.
Los MOF contienen grupos metálicos espaciados regularmente conectados por grupos enlazadores orgánicos basados en carbono. La variación de los metales en los grupos y la estructura de los enlazadores crea una gran diversidad de MOF con diferentes redes de poros y diferentes propiedades químicas. Dos de las principales aplicaciones para las que se están desarrollando los MOF son su uso como catalizadores y como materiales de adsorción y separación de gases altamente selectivos.
Los MOF son una de las áreas más candentes de la investigación química, y los científicos de KAUST están trabajando arduamente para mantenerse a la vanguardia. El último avance se basa en un largo historial de descubrimientos y ha involucrado a tres centros de investigación de KAUST, los laboratorios y colaboradores de KAUST Core en China y el Reino Unido.
"La mayor sorpresa que estamos revelando es que existen diversos defectos en casi todos los MOF, incluso aquellos que antes se consideraban perfectos, "dice el investigador, Yu Han del Centro de Membranas Avanzadas y Materiales Porosos de KAUST.
Han explica que investigar los defectos es un desafío porque los cristales de MOF son frágiles y se dañan fácilmente por los haces de electrones utilizados en la microscopía electrónica convencional. El equipo de KAUST ha superado este problema utilizando una cámara de conteo de electrones de alta sensibilidad, combinado con un conjunto de métodos de procesamiento de imágenes especialmente diseñados.
(Arriba) Imagen TEM de alta resolución procesada (arriba), mostrando la coexistencia de varias estructuras defectuosas en MOF UiO-66. (Abajo) Modelos cristalográficos de tres tipos de defectos identificados en MOF UiO-66. Crédito:KAUST
Esta nueva capacidad de mirar directamente a un MOF a un alto nivel de resolución revela que pueden coexistir dos tipos de defectos, debido a que faltan clústeres metálicos y enlazadores faltantes. "Estos detalles no se podían ver antes de nuestro trabajo, "dice Han.
Los investigadores también exploraron la creación de defectos en MOF con tratamiento químico y monitorearon cómo se desarrolla el patrón de defectos. Esto demuestra el potencial de ajustar los defectos para manipular las propiedades químicas de un MOF.
El equipo de KAUST ha demostrado el poder de esta estrategia al descubrir que un MOF específico con defectos de racimo faltantes es más catalíticamente activo que uno con defectos de enlazador faltantes.
Los investigadores ahora están trabajando para perfeccionar aún más su técnica de imagen y aplicarla a cristales más grandes. "Esperamos revelar más incógnitas sobre MOF para optimizar sus aplicaciones, "dice Han.
