Poden tenir aplicacions en la separació o absorció de gasos, com a catalitzadors de reaccions químiques, en l'encapsulació de fàrmacs, i en l'absorció de residus. Els investigadors de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona del CSIC han desenvolupat aquests materials utilitzant molècules icosaèdriques de bor com a lligands.
Els científics han obtingut nous materials que es comporten com a transformers (els populars robots de la ficció que canvien de forma reordenant les seves peces per transformar-se d’androide a robot i a l’inrevés). Es tracta de nous materials nano-porosos 3D que, mitjançant estímuls externs, es transformen en una estructura no-porosa 2D de manera reversible. Posteriorment, quan s'inverteixen els estímuls, els materials poden tornar a l'estructura nano-porosa 3D original, tal com es mostra en aquet video.
Aquesta troballa, desenvolupada per un equip liderat per investigadors del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i publicada a la revista Advanced Materials, pot tenir aplicacions tals com membranes per a la separació o l'absorció de gasos, catalitzadors de reaccions químiques, encapsulació i l'alliberament de fàrmacs, o absorció de residus perillosos.
Els investigadors han desenvolupat aquests materials utilitzant molècules icosaèdriques de bor, flexibles i esfèriques, com a lligands. "La forma esfèrica dels lligands és el factor clau que permet les estructures tornar a la seva forma original, permetent la reordenació de les diferents parts i evitant el col•lapse de tota l'estructura", segons explica José Giner, del Laboratori de Materials inorgànics i catàlisi de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC).
El material pertany a una classe de materials cristal·lins porosos formats per ions o clústers metàl·lics amb lligands orgànics que en anglès es coneixen com a ‘metal organic frameworks’. En aquest estudi, s'utilitzen lligands esfèrics enlloc dels típics lligands plans, amb la qual cosa augmenta l'estabilitat de les estructures flexibles quan es deformen. "Aquest concepte es pot entendre d'aquesta manera: dues capes poden rodar una sobre l'altra si estan separades per esferes, mentre que col·lapsen si s'utilitzen columnes rectes", explica Giner. "La transformació observada es desencadena no només per solvents orgànics convencionals sinó també per un solvent sostenible, el CO2 supercrític , la qual cosa obre el camí a processos sostenibles", afegeix Ana López-Periago del grup de Fluids supercrítics i materials funcionals de l'ICMAB.
Com a prova de concepte per a futures aplicacions potencials, en aquest estudi s'ha aconseguit atrapar molècules de ful·lerè i encapsular-les durant la transició reversible de 2D a 3D, mentre s'està formant l'estructura original. "Aquest procés constitueix una nova forma d'encapsular grans molècules que es poden difondre fàcilment mitjançant el material porós amb porus més petits que la seva mida", afegeix Giner.
L'activitat científica del grup del Laboratori de Materials inorgànics i catàlisi està centrada en la química dels clústers de bor. Les seves formes geomètriques i el fet que contenen un element semi-metàl•lic, el bor, els donen propietats úniques encara molt desconegudes. El grup explora la síntesi de noves estructures i les seves aplicacions en diferents camps, com ara agents antitumorals, catàlisi, dessalinització aigua o sensors.
Enllaç al video: https://youtu.be/eO9fMitBfFY
Article de referència:
An Unprecedented Stimuli Controlled Single-crystal Reversible Phase Transition of a Metal-Organic Framework and its Application to a Novel Method of Guest Encapsulation. Fangchang Tan, Ana López-Periago, Mark E. Light, Jordi Cirera, Eliseo Ruiz, Alejandro Borrás, Francesc Teixidor, Clara Viñas, Concepción Domingo, José Giner Planas* Advanced Materials. May 2018. DOI: 10.1002/adma.201800726