Los químicos de UCLA y Corea del Sur informan de la "máxima porosidad de un nanomaterial, "lograr récords mundiales de porosidad y capacidad de almacenamiento de dióxido de carbono en una clase importante de materiales conocidos como MOF, o armazones organometálicos.

MOF, a veces descrito como esponjas de cristal, tienen poros:aberturas a nanoescala que pueden almacenar gases que suelen ser difíciles de almacenar y transportar. La porosidad es crucial para compactar grandes cantidades de gases en pequeños volúmenes y es una propiedad esencial para capturar dióxido de carbono.

La investigación podría conducir a una energía más limpia y la capacidad de capturar las emisiones de dióxido de carbono que atrapan el calor antes de que lleguen a la atmósfera y contribuyan al calentamiento global. aumento del nivel del mar y aumento de la acidez de los océanos.

La investigación se publicará el 23 de julio en la edición impresa de la revista. Ciencias y actualmente está disponible en la edición avanzada en línea de la revista.

"Estamos informando la porosidad final de un nanomaterial; creemos que este es el límite superior o muy cerca del límite superior de porosidad en los materiales, "dijo el autor principal del artículo, Omar Yaghi, profesor de química y bioquímica de UCLA y miembro del Instituto de NanoSistemas de California (CNSI) en UCLA y del Instituto de Genómica y Proteómica del Departamento de Energía de UCLA.

"La porosidad es una forma de hacer mucho con poco, "dijo Yaghi, quien tiene la Cátedra Irving y Jean Stone de UCLA en Ciencias Físicas y dirige el Centro de Química Reticular del CNSI. "En lugar de tener solo la superficie exterior de una partícula, perforamos pequeños orificios para aumentar drásticamente la superficie ".

Con el autor principal Hiroyasu (Hiro) Furukawa, el coautor Jaheon Kim y sus colegas, Yaghi informa sobre dos materiales que no solo rompen el récord de porosidad, pero hágalo por un margen extremadamente amplio. Los materiales son MOF-200, hecho en UCLA por Furukawa, un becario postdoctoral en el laboratorio de Yaghi, y MOF-210, hecho en la Universidad Soongsil de Seúl en Corea del Sur por Kim, un profesor de química y ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Yaghi, y colegas.

"No solo hemos logrado avances incrementales con MOF, "dijo Yaghi, cuya investigación se superpone a la química, Ciencia e Ingeniería de los Materiales. "Lo que tiene de especial MOF-200 y MOF-210 es que se están acercando al límite de lo que se puede obtener en un material. Es posible que podamos diseñar mejores estructuras, pero no serán fáciles de hacer ".

Inventado por Yaghi a principios de la década de 1990, Los MOF son como andamios hechos de varillas unidas, con poros a nanoescala del tamaño adecuado para atrapar el dióxido de carbono. Los componentes de los MOF se pueden cambiar casi a voluntad, y el laboratorio de Yaghi ha realizado varios cientos de MOF, con variedad de propiedades y estructuras.

Desde 1999, Los MOF han tenido el récord de tener la porosidad más alta de cualquier material. Los MOF se pueden hacer con ingredientes de bajo costo, como el óxido de zinc, un ingrediente común en los protectores solares, y tereftalato, que se encuentra en botellas plásticas de refresco.

Yaghi descubrió la clave para hacer estructuras altamente porosas, que él y sus colegas informaron en la revista Naturaleza en 2004 (MOF-177 rompió el récord de porosidad anterior, que se había celebrado desde 1999 por el MOF-5 de Yaghi) y en Ciencias en 2005. Desde entonces, Los químicos han estado en una carrera para hacer áreas de superficie cada vez más altas para los materiales, con la mayor porosidad.

Ahora Yaghi, Furukawa y Kim han hecho MOF que tienen el doble de porosidad que MOF-177, tres veces la porosidad de MOF-5 y 10 veces la porosidad del material más poroso antes de 1999. Esto significa que ahora pueden almacenar el doble de gas que podían almacenar en 2004, un aumento enorme.

"Si tomo un gramo de MOF-200 y lo desenredo, cubrirá muchos campos de fútbol, y ese es el espacio que tienes para que se monten los gases, "Dijo Yaghi." Es como magia. Cuarenta toneladas de MOF es igual a toda la superficie de California.

"Este es solo el comienzo de los MOF, " él dijo, "porque ahora podemos ver la plataforma de materiales sobre la que podemos construir. En ciencia, alcanzar el límite mediante el experimento es magnífico, y ahora podemos probar las propiedades de estos materiales para diversas aplicaciones. Los requisitos para hacer un material viable para la captura de dióxido de carbono son alta capacidad y alta selectividad. Informamos antes sobre cómo obtener una alta selectividad para el dióxido de carbono; ahora mostramos cómo obtener alta capacidad. Las aplicaciones industriales se están implementando o, en algunos casos, están en proceso de desarrollo. Muchas empresas están trabajando en el desarrollo de MOF ".

Por ejemplo, BASF, una empresa química global con sede en Alemania, produce grandes cantidades de MOF, que son vendidos por Sigma-Aldrich, una empresa de ciencias de la vida y alta tecnología.

Yaghi, Furukawa y Kim también informan en Ciencias un récord de capacidad de almacenamiento de dióxido de carbono. MOF-200 y MOF-210 absorben la mayor cantidad de hidrógeno, metano y dióxido de carbono, por peso, jamás logrado.

El 12 de febrero de este año, Yaghi, El estudiante graduado de UCLA Hexiang Deng, Furukawa y colegas de UCLA informaron en Ciencias su creación de un "gen" sintético que podría capturar las emisiones de dióxido de carbono.

El dióxido de carbono está contaminando la atmósfera de la Tierra y dañando los arrecifes de coral y la vida marina, impactos que son irreversibles durante nuestra vida. Dijo Yaghi.

Con la nueva investigación, ahora es posible desarrollar el gen sintético con MOF-200 y MOF-210, dándole una superficie mucho mayor.

"Los MOF son una clase de materiales que no tiene comparación con ningún otro, "Dijo Yaghi." Los MOF se encuentran entre la clase de materiales más grande jamás fabricada, en número, variedad y diversidad de composición ".

Furukawa, que ha trabajado en el laboratorio de Yaghi durante siete años, obtuvo su Ph.D. de la Universidad de Tokio.

"Hiro descubrió una forma de evacuar completamente el solvente que de otra manera llenaría los agujeros, que permitía el acceso a la porosidad, "Dijo Yaghi." Esa fue la magia ".

Aprendiendo de 'As the World Turns' y 'Three's Company'

Cuando Furukawa llegó a los Estados Unidos con una beca japonesa, casi no hablaba inglés.

Yaghi, uno de los grandes científicos del mundo, recuerda sin vergüenza cómo vio "As the World Turns" y "Days of Our Lives" para aprender inglés cuando llegó a Nueva York desde Jordan a los 15 años.

"Cuando recogí a Hiro, "Yaghi dijo, "Pensé, "No tiene ni idea del mundo en el que está entrando":Estados Unidos o mi laboratorio. Le dije a él, “No hablaré contigo hasta que compres un televisor pequeño y veas telenovelas todos los días; Quiero que aprendas inglés '. La forma en que aprendí inglés fue leyendo el periódico con un diccionario y subrayando palabras que no entendía. Casi todas las demás líneas tenían una palabra subrayada que miré hacia arriba, pero aprendes muy rápido. Vi telenovelas también. Solía ​​volver corriendo a mi habitación desde la escuela para ver lo que pasaba. Las historias no se mueven muy rápido; es casi como hacer una investigación ".

Furukawa siguió el consejo de Yaghi y vio reposiciones de "Three's Company".

"No pude entenderlo al principio, " él dijo, "pero despues, fue fácil de seguir ".

¿Cómo decide Yaghi qué estudiantes aceptará en su laboratorio?

"Tienes que mirarlos a los ojos y ver si hay pasión y energía, "Dijo Yaghi." La habilidad técnica debe ir acompañada de la capacidad de aprovechar tu potencial y elevar tu mente ".

Furukawa trabaja con frecuencia hasta las 4 a.m., a menudo en su computadora en casa.

"Cuando quiero terminar algo, Me gusta seguir trabajando " él dijo.

"Lo mejor que aprendí del profesor Yaghi, "Furukawa dijo, "no es la química, sino su forma de pensar. Cuando me uní a su grupo, Me sorprendió mucho porque nunca había visto a un profesor que pensara como él en Japón. Publica solo resultados excepcionales. Por eso es el líder del campo. Nos motiva a encontrar avances, nuevos conceptos y récords mundiales. La experiencia de trabajar en su laboratorio definitivamente ha mejorado mi mente y mi proceso de pensamiento ".