La adición de un polímero estabiliza el colapso de las estructuras orgánicas metálicas

22.07.2019

Li Peng (EPFL)

Los refuerzos de polímero, colocados dentro de los MOFs de gran poro, ayudan a inhibir el colapso de la estructura.

Las estructuras orgánicas metálicas (MOF) son una clase especial de materiales esponjosos con poros de tamaño nanométrico. Los nanoporos permiten alcanzar superficies internas récord de hasta 7.800 m2 en un solo gramo. Esta característica hace que los MOFs sean materiales extremadamente versátiles con múltiples usos, como la separación de petroquímicos y gases, la imitación del ADN, la producción de hidrógeno y la eliminación de metales pesados, aniones de fluoruro e incluso oro del agua, por nombrar algunos.

Una de las características clave es el tamaño de los poros. Los MOFs - y otros materiales porosos - se clasifican según el diámetro de sus poros: Los MOF con poros de hasta 2 nm de diámetro se denominan "microporosos", y todo lo que esté por encima de ellos se denomina "mesoporosos". La mayoría de los MOF actuales son microporosos, por lo que no son útiles en aplicaciones que requieran capturar moléculas grandes o catalizar reacciones entre ellas - básicamente, las moléculas no encajan en los poros.

Así que, más recientemente, los MOF mesoporosos han entrado en juego, porque son muy prometedores en aplicaciones de grandes moléculas. Sin embargo, no están exentas de problemas: cuando los tamaños de los poros entran en el régimen mesoporoso, tienden a colapsar. Comprensiblemente, esto reduce el área de superficie interna de los MOF mesoporosos y, con ello, su utilidad general. Dado que uno de los principales objetivos en este campo es encontrar formas innovadoras de maximizar las áreas de superficie y el tamaño de los poros del MOF, es de máxima prioridad abordar el problema del colapso.

Ahora, el Dr. Li Peng, postdoctorado en la EPFL Valais Wallis, ha resuelto el problema añadiendo pequeñas cantidades de un polímero en los MOF mesoporosos. Debido a que los alfileres de polímero los poros de MOF se abren, lo que aumenta drásticamente las áreas de superficie accesibles de 5 a 50 veces. El estudio fue dirigido por el grupo de investigación de Wendy Lee Queen, en colaboración con los laboratorios de Berend Smit y Mohammad Khaja Nazeeruddin del Instituto de Ciencias Químicas e Ingeniería (ISIC) de la EPFL.

Después de añadir el polímero a los MOFs, sus altas áreas superficiales y cristalinidad se mantuvieron incluso después de calentar los MOFs a 150°C - temperaturas que antes eran inalcanzables debido al colapso de los poros. Esta nueva estabilidad proporciona acceso a muchos más sitios de coordinación de metal abierto, lo que también aumenta la reactividad de los MOF.

En el estudio, publicado en el Journal of the American Chemical Society, dos estudiantes de doctorado, Sudi Jawahery y Mohamad Moosavi, utilizan simulaciones moleculares para investigar por qué los poros colapsan en MOF mesoporosos en primer lugar, y también proponen un mecanismo para explicar cómo los polímeros estabilizan su estructura a nivel molecular.

"Prevemos que este método para la estabilización inducida por polímeros nos permitirá hacer accesibles varios nuevos MOF mesoporosos que antes no eran accesibles debido al colapso", dice Queen. "Por lo tanto, este trabajo puede abrir nuevas y excitantes aplicaciones que implican la separación, conversión o entrega de grandes moléculas."

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

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