Añadiendo hidroquinona, un ingrediente blanqueador de la piel, a una conocida 'estructura organometálica' cambia sus iones de cobre de una manera que hace que este material poroso sea excepcionalmente estable en agua.

"Desarrollamos un nuevo método para mejorar la estabilidad al agua de estructuras organometálicas, con el potencial de aplicaciones que pueden filtrar y purificar eficazmente el aire del polvo ultrafino sin descomponerse debido a la humedad, ", dice el científico de materiales de DGIST, Nak Cheon Jeong. Los investigadores coreanos informaron sus hallazgos en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

Las estructuras metálicas orgánicas (MOF) están hechas de iones metálicos unidos por enlaces orgánicos. Se ensamblan de una manera que conduce a la formación de estructuras internas en forma de jaula, dando al material su naturaleza porosa. Los MOF tienen una superficie impresionante en comparación con otros materiales porosos. Es esto, y la capacidad de los científicos para ajustar sus estructuras, que ha llevado a su uso en una amplia gama de aplicaciones, incluida la captación de gas, separación de moléculas, entrega de medicamentos, y catálisis. La mayoría de los MOF se descomponen en presencia de humedad y agua, por lo que los científicos han estado buscando formas de hacerlos más duraderos.

Jeong y sus colegas descubrieron que el tratamiento de un conocido MOF a base de cobre, llamado HKUST-1, con hidroquinona a 80 ° C hizo que el material fuera tan estable que no se degradaba después de semanas de inmersión en agua o incluso después de dos años de exposición al aire húmedo.

Los iones de cobre y sus enlaces orgánicos en HKUST-1 se ensamblan para formar jaulas grandes y pequeñas con nodos de iones metálicos en forma de rueda de paletas. Normalmente, las moléculas de agua se adhieren a elementos dentro de este MOF, desplazando los enlaces entre los iones de cobre y los enlaces orgánicos, y hacer que el material se degrade o se transforme en un sólido no poroso. Tratamiento con hidroquinona, por otra parte, conduce a un HKUST-1 muy estable en agua.

Jeong y su equipo encontraron que un solo electrón de la hidroquinona se transfiere a los iones cúpricos (Cu ₂ ⁺ ) dentro de HKUST-1, cambiándolos a iones cuprosos (Cu +). Este cambio es autolimitante:no más del 30% de los iones cúpricos cambian de esta manera. La mitad de la Cu ⁺ Los iones permanecen en sus posiciones en las jaulas de las ruedas de paletas del HKUST-1. Pero la otra mitad forma complejos que se disocian de la estructura y quedan atrapados dentro de las jaulas más pequeñas del material, como un barco en una botella.

Se necesitan más estudios para comprender exactamente cómo estos cambios conducen a una mejora tan sustancial en la estabilidad del HKUST-1 en el agua.

Jeong y su equipo creen que el mismo concepto podría aplicarse a otros MOF de rueda de paletas a base de cobre. Planean realizar una investigación de seguimiento sobre posibles aplicaciones prácticas para su enfoque.