Una estructura organometálica altamente porosa, ensamblados a partir de bloques de construcción moleculares diseñados para unirse en una orientación específica, ha sido desarrollado por investigadores de KAUST.

Las estructuras orgánicas metálicas (MOF) son materiales cristalinos hechos de iones metálicos conectados por enlazadores orgánicos. Su estructura interna es como una serie repetida de diminutas jaulas idénticas, que son ideales para albergar varias moléculas. Los MOF han encontrado usos potenciales desde la detección de gases hasta las separaciones moleculares y el almacenamiento, dependiendo de las dimensiones y estructura de sus poros.

Una familia de MOF se ha inspirado en materiales porosos inorgánicos llamados zeolitas. Las zeolitas son una clase especial de material poroso con innumerables aplicaciones, explica Norah Alsadun, un doctorado estudiante en el laboratorio de Mohamed Eddaoudi, quien dirigió la investigación. "Sin embargo, la capacidad de ajustar el tamaño de la apertura de los poros y el sistema de poros de una zeolita determinada, basado en una topología dada, es extremadamente desafiante, " ella dice.

Al imitar la estructura de la zeolita con un MOF, sin embargo, la estructura de los poros se puede ajustar fácilmente cambiando el metal y el enlazador orgánico. "Nuestro grupo introdujo el uso de unidades de construcción tetraédricas basadas en un solo metal para la construcción MOF similar a la zeolita (ZMOF), "Dice Alsadun. La base de la estructura ZMOF basada en tetraedro es un par de pirámides triangulares, unido de punta a punta mediante un enlace simple.

La rotación libre de los dos triángulos alrededor del enlace simple generalmente conduce a la formación de una estructura similar a un diamante. Sin embargo, el ensamblaje de unidades de construcción tetraédricas en la química MOF puede conducir a la formación simultánea de múltiples redes de diamantes, todos penetrando unos a otros, bloqueando así los poros. "Entonces, Desarrollamos un nuevo concepto para el ensamblaje ZMOF utilizando clusters polinucleares como rígidos, unidades de construcción direccionales y bloqueadas, "Dice Eddaoudi.

En lugar de simples tetraedros de un solo metal como bloque de construcción principal, el equipo utilizó grupos polinucleares expandidos en los que cada borde y esquina del tetraedro original se reemplaza por una nueva cara, un concepto geométrico conocido como cantelación. Como resultado, el enlace simple que une los dos tetraedros en la estructura original se reemplaza por tres enlaces, bloquear la estructura en una orientación específica.

Como el equipo había planeado, los bloques de construcción bloqueados generaron un ZMOF con una "sodalita", en lugar de un diamante, estructura. "La topología de sodalita no tiene espacio para la interpenetración, "dice Vincent Guillerm, un científico investigador senior en el equipo. Los poros de sod-ZMOF resultantes miden hasta 43 angstroms de diámetro, el más grande hasta ahora reportado para un ZMOF.

"Nuestro trabajo demuestra que se puede acceder a estas estructuras desafiantes a través de nuestro diseño novedoso, ", Dice Eddaoudi. La aplicación de esta estrategia para construir otras ZMOF está ahora en progreso".