El ICMol desarrolla un nuevo método que mejora las propiedades de los materiales moleculares generando “defectos” controlados

Los defectos, lejos de ser imperfecciones indeseables, pueden ser una poderosa herramienta para modificar y mejorar las propiedades de un material. En campos como la catálisis, el almacenamiento de energía o la separación de gases, introducir “vacantes” o huecos a escala atómica permite crear materiales más reactivos, selectivos o funcionales. El reto está en controlar esos defectos de forma precisa y reproducible.

El estudio se centra en las llamadas redes metal-orgánicas (MOFs, por sus siglas en inglés), una familia de materiales porosos formados por iones metálicos enlazados mediante moléculas orgánicas. Gracias a su estructura altamente ordenada y modulable, los MOFs son candidatos ideales para aplicaciones en química sostenible, sensores o catálisis.

Tradicionalmente, los defectos en estos materiales se introducen en disolución, aprovechando que los enlaces entre los componentes pueden romperse y reformarse. Sin embargo, este enfoque tiene limitaciones: los defectos pueden “autorrepararse”, aparecen de forma poco controlada y requieren el uso de disolventes y/o agentes químicos adicionales.

Calor en lugar de disolventes

La propuesta del equipo liderado por los investigadores Víctor Rubio Giménez, Sergio Tatay y Carlos Martí Gastaldo del grupo FUNIMAT –Functional Inorganic Materials– del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), ubicado en el área científico-académica del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), es radicalmente distinta. En lugar de trabajar en disolución, se utiliza únicamente calor para eliminar selectivamente parte de las moléculas orgánicas que mantienen unido el material. Estas moléculas, neutras y volátiles, pasan a estado gaseoso al calentarlas, dejando atrás huecos perfectamente definidos en la estructura cristalina.

Este proceso se lleva a cabo con un equipo habitual en muchos laboratorios, un analizador termogravimétrico, y permite ajustar con gran precisión cuántas de estas moléculas volátiles se eliminan. De este modo, el personal investigador puede controlar el número de defectos generados, desde valores muy bajos hasta la eliminación total de estos enlaces, todo ello de forma reproducible y sin necesidad de disolventes.

“El interés de este método está en que permite modular las propiedades del material de forma muy controlada, pero evitando el uso de disolventes y procesos químicos adicionales, lo que supone un avance tanto desde el punto de vista del diseño de materiales como de la sostenibilidad del proceso", Sonia Martínez Giménez, investigadora del ICMol y primera autora de este artículo

Uno de los resultados más destacados del trabajo es que los huecos creados dan lugar a centros metálicos “abiertos”, es decir, átomos de hierro que quedan parcialmente coordinados pero cuyo estado de oxidación +2 sigue siendo estable incluso en contacto con el aire. Estos centros pueden actuar como sitios catalíticos activos, capaces de acelerar reacciones químicas.

Además, la presencia de defectos modifica pero no destruye totalmente las propiedades físicas de interés del material original, como su porosidad y su comportamiento magnético, demostrando la viabilidad de esta estrategia.

Hacia una química de materiales más sostenible

En este contexto, Sonia Martínez Giménez, primera autora de este artículo, destaca que “el interés de este método está en que permite modular las propiedades del material de forma muy controlada, pero evitando el uso de disolventes y procesos químicos adicionales”, lo que supone un avance tanto desde el punto de vista del diseño de materiales como de la sostenibilidad del proceso. Esta estrategia podría extenderse a otros MOFs y redes moleculares, ofreciendo una nueva vía para obtener materiales con propiedades ajustadas a medida para aplicaciones energéticas, industriales o medioambientales.

El trabajo refuerza el papel del ICMol como referente internacional en el diseño racional de materiales funcionales y en el desarrollo de nuevas estrategias para una ciencia más eficiente y sostenible.