Un equipo de bioingenieros de la Universidad de Illinois ha revisado una herramienta antigua para ayudar a caracterizar una clase de materiales llamados estructuras orgánicas metálicas, MOF para abreviar. Los MOF se utilizan para detectar, purificar y almacenar gases, y podrían ayudar a resolverAlgunos de los desafíos energéticos, ambientales y farmacéuticos más desafiantes del mundo: incluso pueden extraer moléculas de agua directamente del aire para aliviar la sequía.
El equipo de investigación, dirigido por el profesor de bioingeniería Rohit Bhargava, está utilizando imágenes químicas infrarrojas para examinar y optimizar la estructura de los MOF. Aunque durante más de una década, las imágenes IR están muy infrautilizadas en el análisis de materiales. Los investigadores descubrieron que con unpocas modificaciones para mejorar la velocidad de análisis, es la herramienta perfecta para esta aplicación. Sus hallazgos se publican en el Revista de cartas de química física .
Los MOF son cristales porosos a escala microscópica diseñados a partir de iones metálicos unidos por moléculas orgánicas llamadas ligandos. Aunque son pequeños, tienen una inmensa capacidad de absorción.
"Los poros permiten que los MOF funcionen como pequeñas esponjas que pueden absorber productos químicos como productos farmacéuticos y gases", dijo Sanghamitra Deb, investigador postdoctoral en el Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la U. de I.
"La estructura precisa y la química de los MOF influyen en gran medida en su funcionalidad", dijo Prabuddha Mukherjee, científico investigador del Instituto Beckman. "Por lo tanto, la caracterización detallada es esencial para determinar su mejor uso".
Los métodos tradicionales utilizados en el análisis de la ciencia de los materiales, como la microscopía electrónica de alta potencia y la espectroscopía, no combinan información química con la resolución espacial de las imágenes IR, dijeron los investigadores, por lo que solo pueden proporcionar mediciones químicas promedio.
Los MOF se forman cristalizando en una solución, y no hay forma de controlar completamente su estructura o química ". Esta falta de control deja mucho espacio para que se formen defectos, y los métodos tradicionales de caracterización solo nos dicen que hayes un defecto pero no puede determinar la ubicación específica ", dijo Mukherjee.
"Las imágenes IR nos permiten ver la química y la estructura en una sola toma", dijo Ayanjeet Ghosh, investigador postdoctoral del Instituto Beckman. "Podemos resolver estructuras de hasta unas pocas micras y determinar su composición química en unas pocas micras".áreas, comprender cómo y por qué los espectros cambian en función del espacio, y hacerlo con un solo análisis "
las imágenes IR también ofrecen un rango de escala único para trabajar, dijeron los investigadores.
"No necesitamos ver la escala atómica, como ofrecen muchos métodos de microscopía electrónica de alta potencia", dijo Deb. "A esa escala, tomaría mucho tiempo escanear dispositivos hechos con MOF, que sontípicamente aproximadamente un milímetro cuadrado de tamaño ".
Finalmente, muchas de las otras técnicas tradicionales son destructivas, lo que significa que una vez analizadas con un método, la muestra no puede ser examinada con ninguna herramienta adicional ". Podemos detectar una aberración en la química a través de la espectroscopía, pero no lo hacemostener la oportunidad de ver dónde existe realmente el defecto usando otro método porque la muestra ya no está ", dijo Ghosh." Con las imágenes IR, podemos hacer ambas cosas al mismo tiempo ".
"Este uso único de una técnica anterior, pero con nueva instrumentación, nos permite determinar rápidamente la calidad y la mejor aplicación para MOF específicos de una manera no destructiva, algo que ningún otro grupo ha podido hacer", dijo Mukherjee.
El grupo prevé que esta técnica se use con otros dispositivos fabricados en condiciones similares, así como también usos fuera del ámbito de la ciencia de los materiales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Original escrito por Lois Yoksoulian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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