L'ICMol desenrotlla un nou mètode que millora les propietats dels materials moleculars generant “defectes” controlats

Els defectes, lluny de ser imperfeccions indesitjables, poden ser una poderosa ferramenta per a modificar i millorar les propietats d'un material. En camps com la catàlisi, l'emmagatzematge d'energia o la separació de gasos, introduir “vacants” o buits a escala atòmica permet crear materials més reactius, selectius o funcionals. El repte està a controlar eixos defectes de manera precisa i reproduïble.

L'estudi se centra en les anomenades xarxes metall-orgàniques (MOFs, per les seues sigles en anglés), una família de materials porosos formats per ions metàl·lics enllaçats mitjançant molècules orgàniques. Gràcies a la seua estructura altament ordenada i modulable, els MOFs són candidats ideals per a aplicacions en química sostenible, sensors o catàlisis.

Tradicionalment, els defectes en estos materials s'introduïxen en dissolució, aprofitant que els enllaços entre els components poden trencar-se i reformar-se. No obstant això, este enfocament té limitacions: els defectes poden “autoreparar-se”, apareixen de forma poc controlada i requerixen l'ús de dissolvents i/o agents químics addicionals.

Calor en lloc de dissolvents

La proposta de l'equip liderat pels investigadors Víctor Rubio Giménez, Sergio Tatay i Carlos Martí Gastaldo del grup FUNIMAT –Functional Inorganic Materials– de l'Institut de Ciència Molecular (ICMol), situat en l'àrea científic-acadèmica del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV), és radicalment distinta. En lloc de treballar en dissolució, s'utilitza únicament calor per a eliminar selectivament part de les molècules orgàniques que mantenen unit el material. Estes molècules, neutres i volàtils, passen a estat gasós en calfar-les, deixant arrere buits perfectament definits en l'estructura cristal·lina.

Este procés es duu a terme amb un equip habitual en molts laboratoris, un analitzador termogravimètric, i permet ajustar amb gran precisió quantes d'estes molècules volàtils s'eliminen. D'esta manera, el personal investigador pot controlar el nombre de defectes generats, des de valors molt baixos fins a l'eliminació total d'estos enllaços, tot això de manera reproduïble i sense necessitat de dissolvents.

“L'interés d'este mètode està en el fet que permet modular les propietats del material de forma molt controlada, però evitant l'ús de dissolvents i processos químics addicionals, la qual cosa suposa un avanç tant des del punt de vista del disseny de materials com de la sostenibilitat del procés", Sonia Martínez Giménez, investigadora de l'ICMol i primera autora d'este article

Un dels resultats més destacats del treball és que els buits creats donen lloc a centres metàl·lics “oberts”, és a dir, àtoms de ferro que queden parcialment coordinats però l'estat d'oxidació dels quals +2 continua sent estable fins i tot en contacte amb l'aire. Estos centres poden actuar com a llocs catalítics actius, capaços d'accelerar reaccions químiques.

A més, la presència de defectes modifica però no destruïx totalment les propietats físiques d'interés del material original, com la seua porositat i el seu comportament magnètic, demostrant la viabilitat d'esta estratègia.

Cap a una química de materials més sostenible

En este context, Sonia Martínez Giménez, primera autora d'este article, destaca que “l'interés d'este mètode està en el fet que permet modular les propietats del material de forma molt controlada, però evitant l'ús de dissolvents i processos químics addicionals”, la qual cosa suposa un avanç tant des del punt de vista del disseny de materials com de la sostenibilitat del procés. Esta estratègia podria estendre's a uns altres MOFs i xarxes moleculars, oferint una nova via per a obtindre materials amb propietats ajustades a mesura per a aplicacions energètiques, industrials o mediambientals.

El treball reforça el paper de l'ICMol com a referent internacional en el disseny racional de materials funcionals i en el desenrotllament de noves estratègies per a una ciència més eficient i sostenible.