Oamenii de știință pot regla proprietățile unui material schimbându-i „rețeta” metalică
O echipă de chimiști a creat o nouă familie de materiale ale căror comportament poate fi ajustat prin modificarea compoziției metalice, deschizând posibilități noi pentru aplicații precum stocarea și detectarea gazelor.
Cercetătorii au dezvoltat o structură metalo-organică (MOF) extrem de adaptabilă, în care atomii de metal sunt conectați prin molecule organice, formând structuri ordonate cu pori minusculi. Descoperirea, publicată în Angewandte Chemie, arată că modificarea proporțiilor de metale din interiorul materialului poate altera proprietăți precum magnetismul, porozitatea, absorbția luminii și captarea CO₂.
Oamenii de știință de la universitățile din Birmingham, Nottingham și Limerick au creat materiale capabile să încorporeze până la 16 metale diferite în aceeași structură cristalină, cel mai mare număr realizat până acum într-un MOF.
Neil Champness, profesor la University of Birmingham și autor corespondent, a declarat: „Rezultatele noastre confirmă o cale către materiale poroase «programabile», unde oamenii de știință ar putea alege o combinație de metale pentru a regla comportamentul magnetic, optic, chimic sau de adsorbție a gazelor.”
„Capacitatea de a prezice cât de puternic vor fi încorporate anumite metale oferă potențial un control mult mai fin asupra viitoarelor materiale cu multiple metale. În loc să fie nevoiți să inventeze un material complet nou de fiecare dată când doresc proprietăți diferite, cercetătorii pot schimba «rețeta» metalică în cadrul aceleiași structuri de bază”, a adăugat el.
Materiale cu multiple metale pentru numeroase aplicații
Datorită compoziției și porozității lor, MOF-urile sunt studiate pentru utilizări care variază de la stocarea și separarea gazelor până la detectare, cataliză, bioimagistică și materiale magnetice. Porozitatea este caracteristica structurală esențială care creează spațiul intern necesar pentru ca MOF-urile să interacționeze cu moleculele țintă.
Cercetătorii au creat și caracterizat mai întâi 15 versiuni individuale ale UoB-116, fiecare incorporând un metal de pământ rar diferit. Apoi au combinat progresiv două, patru, 12 și 15 metale în aceeași structură de bază. În final, au adăugat indiu pentru a produce un MOF care conține simultan 16 metale diferite, inclusiv ytriu, indiu și 14 lantanide.
UoB-116 este primul MOF raportat care combină metale din trei regiuni diferite ale tabelului periodic (blocurile d, p și f) în cadrul aceleiași structuri.
Prin modificarea proporțiilor a două dintre cele 16 metale — disprosiu și lantan — echipa a demonstrat că alterarea acestui echilibru schimbă mai multe proprietăți:
Magnetism: creșterea conținutului de disprosiu a intensificat răspunsul magnetic.
Absorbția luminii: absorbția caracteristică în infraroșu apropiat, asociată cu disprosiul, a putut fi ajustată prin modificarea concentrației acestuia.
Porozitate: adăugarea unei cantități mai mari de lantan a redus progresiv suprafața măsurată a materialului.
Captarea CO₂: absorbția de CO₂ în condițiile testate a scăzut de la 5,72 mmol/g pentru materialul cu disprosiu integral la 1,23 mmol/g pentru versiunea cu lantan integral, demonstrând că comportamentul de stocare a gazelor poate fi modificat simplu prin ajustarea metalelor.
Utilizări industriale deja stabilite
MOF-urile funcționează deja ca bureți moleculari personalizați în industrii majore, inclusiv:
Energie curată: stocare compactă a hidrogenului pentru vehicule și captare selectivă a carbonului.
Siguranță environmentală: colectarea apei potabile din aerul arid și stocarea în siguranță a gazelor toxice din semiconductori.
Eficiență industrială: separări chimice cu economie de energie care înlocuiesc distilarea criogenică.
Biomedicină: livrare țintită de medicamente cu capacitate ridicată și agenți de contrast pentru imagistică.
Detalii de publicare: Adnan Ishaq et al., Rare-Earth Multivariate Metal–Organic Frameworks: Cationic Radius Biased Compositional Control and Property Tuning, Angewandte Chemie International Edition (2026). DOI: 10.1002/anie.5287849
