Un nuevo tipo de partícula diminuta es un gran problema en el laboratorio del químico Carl Brozek de la UO.

Él y su equipo han convertido un tipo versátil de material poroso llamado marco orgánico de metal, o MOF, en nanocristales, una forma que es más fácil de usar fuera del laboratorio. Las nanopartículas como estas tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, desde recubrimientos superficiales que pueden almacenar carga eléctrica hasta filtros que eliminan contaminantes del aire o el agua.

Los nanocristales son los MOF más pequeños y estables fabricados hasta ahora, dijo Brozek. Y tienen una variedad de propiedades interesantes, en particular, pueden conducir electricidad y se comportan de manera diferente según el tamaño exacto de la partícula.

"Realmente se siente como si hubiéramos entrado en algo nuevo", dijo Brozek. Él y su equipo, dirigido por el estudiante graduado Checkers Marshall, informaron su avance el 24 de noviembre en una preimpresión publicada en el sitio de investigación ChemRxiv.

Los MOF son materiales esponjosos formados por iones metálicos, como hierro o zinc, unidos entre sí con pequeñas moléculas a base de carbono. Como un bloque agujereado de queso suizo, los MOF tienen bolsillos y grietas que les dan un área de superficie extremadamente alta. Eso los hace útiles para aplicaciones que implican capturar moléculas específicas, como el dióxido de carbono de la atmósfera o el plomo en el agua potable, porque hay mucho espacio para que esas moléculas objetivo se adhieran. Y hacerlos de tamaño nanométrico sería particularmente práctico para escalar y usar industrialmente, porque las diminutas partículas podrían suspenderse en una solución y luego, como pintura, usarse para recubrir uniformemente una superficie.

Pero fabricar MOF como nanopartículas ha sido un desafío continuo, dijo Brozek.

Así que a su laboratorio se le ocurrió una solución. "A medida que el MOF trata de crecer, lo engañamos", dijo.

Los MOF se forman a través de una serie de reacciones químicas que unen iones metálicos con moléculas enlazadoras. El equipo de Brozek agregó un tercer ingrediente:moléculas que imitan a los enlazadores, pero que solo pueden unirse a algo en un extremo. Al igual que las piezas de borde de un rompecabezas, actúan como callejones sin salida para el MOF en crecimiento, asegurándose de que se mantenga pequeño.

"Una de las cosas realmente emocionantes de nuestro artículo es que no solo creamos este MOF en particular como un nanocristal, sino que también es uno de los MOF más pequeños que jamás se haya hecho", dijo Brozek.

Estas nanopartículas, hechas de triazolato de hierro, son adaptables:se comportan de manera diferente a diferentes tamaños e incluso a diferentes temperaturas. Eso abre una gama de posibilidades, dijo Brozek:los científicos podrían "afinar" los materiales para que se comporten de cierta manera, ajustando el tamaño de las nanopartículas o la temperatura del ambiente. Y podrían usar un enfoque similar para diseñar otros nanocristales MOF con diferentes combinaciones de iones metálicos y moléculas conectoras.

"El trabajo es bastante fundamental en este momento", dijo Marshall. "Creo que lo más importante es que somos capaces de sintetizar estas nanopartículas y muestran propiedades dependientes del tamaño que no se habían observado antes. Estos dos desarrollos ayudarán a adaptar la forma en que aplicamos los MOF en los dispositivos existentes, así como a aprovechar su dependencia del tamaño en tecnologías futuras".

Brozek y su equipo ya están explorando aplicaciones potenciales, tanto para nanopartículas de triazolato de hierro como para otras variaciones.

"Ahora que podemos hacer una película con estos materiales, existe una posibilidad real de que podamos hacer membranas que sean útiles en el mundo real", dijo Brozek. Por ejemplo, las nanopartículas de MOF que recubren una superficie podrían agarrar moléculas de dióxido de carbono que, de lo contrario, se liberarían a la atmósfera. O las partículas podrían diseñarse para adherirse a los contaminantes en el agua.

"Este es solo un MOF", dijo Brozek. "Se necesitarán muchos laboratorios para explorar este nuevo campo de la ciencia". + Explora más

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