Los "marcos organometálicos" MOF son materiales con poros de tamaño nano en su estructura cristalina. Estos poros permiten a los MOF capturar moléculas de manera tan eficiente que ahora son candidatos principales en aplicaciones como la captura de carbono y el filtrado de agua.
El desafío con los MOF es su estabilidad mecánica. Los materiales son vulnerables al estrés físico y químico, lo que puede afectar su estructura y, en última instancia, su rendimiento. Debido a que muchas aplicaciones de MOF implican ciclos entre diferentes temperaturas, presiones variables y otras moléculas químicasejerciendo fuerzas capilares, se ha convertido en primordial para el campo que los MOF tengan suficiente estabilidad mecánica.
Ahora, el laboratorio de Berend Smit en EPFL Sion con Lev Sarkisov de la Universidad de Edimburgo ha descubierto cómo las propiedades mecánicas de los MOF se relacionan con su estructura, que durante mucho tiempo ha sido un obstáculo para optimizar la estabilidad de los materiales.
Para este estudio, los científicos se centraron en un tipo popular de MOF llamados "marcos de imidazolato zeolítico", que se utilizan en la captura de carbono, la catálisis e incluso algunas estrategias de administración de medicamentos. El equipo desarrolló un software que genera estructuras químicas para diseñar grandes cantidadesde estos MOF con diferentes estructuras moleculares. Al estudiarlos, pudieron extraer principios que conectan las propiedades mecánicas de un MOF con su estructura, así como diseñar materiales con mayor estabilidad mecánica.
Luego, los investigadores "decoraron" las partes orgánicas de los MOF con una variedad de grupos funcionales, un término que se refiere a grupos de átomos que le dan a la molécula en este caso, el MOF propiedades características específicas. Esta parte del estudiodemostró que, dependiendo de la estructura de los poros, los mismos grupos funcionales pueden endurecer la estructura de un MOF y mejorar su estabilidad mecánica, o suavizarlo y volverlo inestable.
La clave de los efectos de los grupos funcionales radica en lo que se llaman "interacciones no unidas", que ocurren entre átomos sin enlaces químicos. Las interacciones no unidas incluyen interacciones electrostáticas y de Van der Waals, esta última regula la formación de gotas de agua.
Los científicos de EPFL descubrieron que las interacciones no unidas juegan un papel importante en la rigidez de los MOF. Esto significa que los grupos funcionales ubicados estratégicamente pueden ayudar a ajustar la estabilidad mecánica de un MOF al introducir conectividad adicional entre sus átomos a través de interacciones no unidas.
Los autores describen los grupos funcionales que ayudan a transportar la carga mecánica aplicada al MOF como "Cariátides químicas", refiriéndose a las estatuas de mujeres que actuaron como columnas de soporte para estructuras en la antigua Grecia, las más famosas las del Erecteión en la Acrópolisen Atenas
"La adición de un grupo funcional puede parecer una decoración, pero si se coloca estratégicamente, proporciona un refuerzo esencial de la estructura MOF", dice Berend Smit "En nuestro laboratorio, hemos desarrollado el software que los grupos experimentales pueden usarpara predecir si agregar diferentes grupos funcionales mejora la estabilidad mecánica de su material "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :