Las estructuras metalorgánicas (MOF) son porosas, materiales cristalinos que pueden atrapar compuestos dentro de sus cavidades moleculares, dándoles una amplia gama de aplicaciones en almacenamiento y separación de gas, Captura de carbon, y en la catálisis de reacciones químicas, para nombrar unos pocos. Ahora se está investigando una nueva gama de aplicaciones mediante la conversión de MOF cristalinos en estados líquidos y / o vítreos.

"Los MOF son una clase de material relativamente nueva, y la mayoría de los desarrollados en los últimos 20 años están en estado cristalino, "dice Satoshi Horike, científico de materiales del Instituto de Ciencias Integradas de Materiales Células (iCeMS) de la Universidad de Kioto. "Recientemente, hemos encontrado vidrio no cristalino o estados líquidos en MOF y proponemos que tienen un gran potencial como materiales futuros ".

Horike revisó los últimos avances y perspectivas en el campo, junto con el químico de materiales Susumu Kitagawa y sus colegas de la revista Edición internacional Angewandte Chemie .

Se han sintetizado decenas de miles de MOF desde que se descubrieron por primera vez a fines de la década de 1990. Los avances tecnológicos ahora permiten a los investigadores descubrir qué sucede a nivel molecular cuando algunos MOF se calientan hasta un punto de fusión y luego se enfrían para producir un estado similar al vidrio. Hasta aquí, Los investigadores han informado sobre diez MOF que pueden fundirse en un líquido y / o convertirse en un estado de vidrio. Sus temperaturas de fusión oscilan entre 184 ° C y 593 ° C, dependiendo de sus estructuras cristalinas.

Cuando se calienta este tipo de MOF, sus iones metálicos y ligandos orgánicos comienzan a oscilar dentro de los cristales a medida que el material se derrite. Las distancias de enlace en sus cadenas de polímero también se alargan a medida que las temperaturas continúan aumentando. La estructura del estado cristalino de un MOF está muy ordenada. El estado del vidrio tiene un 'orden de rango medio, "donde las conexiones se rompen pero partes de la estructura extendida generalmente permanecen en su lugar. Se produce mucha más fragmentación molecular cuando un MOF alcanza el estado líquido, pero parte de su estructura interna conserva un elemento de conectividad.

No todos estos MOF se pueden transformar en vidrio enfriando su estado líquido. Algunos requieren un tratamiento mecánico similar al esmerilado para que se forme el vidrio. Durante este proceso, agregar ciertos químicos al material podría modular algunas de sus propiedades físicas, como la mejora de la conductividad de los protones.

Los MOF líquidos y de vidrio podrían proporcionar un nuevo estado de material que demuestre porosidad, conductividad iónica, y propiedades ópticas como luminiscencia. También son prometedores para el almacenamiento de calor, en dispositivos de energía, y para la permeación de gases. Materiales híbridos que incorporan MOF de vidrio o líquidos con otros materiales, como polímeros orgánicos, partículas de metal, o iones metálicos, podrían usarse como adhesivos fuertes en dispositivos de energía o en reacciones catalíticas.

Los investigadores sugieren que los científicos deberían volver a visitar la enorme biblioteca disponible para MOF cristalinos desde el punto de vista del cambio de fase a líquido y / o vidrio. Hacerlo podría conducir al diseño de nuevos materiales funcionales.