Aggiunta di idrochinone, un ingrediente sbiancante per la pelle, a una ben nota "struttura metallica organica" cambia i suoi ioni di rame in un modo che rende questo materiale poroso eccezionalmente stabile in acqua.

"Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per migliorare la stabilità all'acqua delle strutture metalliche organiche, con il potenziale per applicazioni in grado di filtrare e purificare efficacemente l'aria dalla polvere ultrafine senza decomporsi a causa dell'umidità, " dice lo scienziato dei materiali DGIST Nak Cheon Jeong. I ricercatori coreani hanno riportato le loro scoperte nel Giornale della Società Chimica Americana .

Le strutture metalliche organiche (MOF) sono costituite da ioni metallici legati da legami organici. Si assemblano in un modo che porta alla formazione di strutture interne a gabbia, conferendo al materiale la sua natura porosa. I MOF hanno una superficie impressionante rispetto ad altri materiali porosi. È questo, e la capacità degli scienziati di mettere a punto le loro strutture, che ha portato al loro utilizzo in una vasta gamma di applicazioni, compreso il consumo di gas, separazione delle molecole, consegna farmaci, e catalisi. La maggior parte dei MOF si decompone in presenza di umidità e acqua, quindi gli scienziati hanno cercato modi per renderli più durevoli.

Jeong e i suoi colleghi hanno scoperto che il trattamento di un noto MOF a base di rame, chiamato HKUST-1, con idrochinone a 80°C rendeva il materiale talmente stabile da non degradarsi dopo settimane di immersione in acqua o anche dopo due anni di esposizione all'aria umida.

Gli ioni di rame e i loro collegamenti organici in HKUST-1 si assemblano per formare gabbie grandi e piccole con nodi di ioni metallici a forma di ruota a pale. Normalmente, le molecole d'acqua si legano agli elementi all'interno di questo MOF, spostando i legami tra gli ioni rame e i legami organici, e provocando il degrado o la trasformazione del materiale in un solido non poroso. Trattamento con idrochinone, d'altra parte, porta a un HKUST-1 molto stabile in acqua.

Jeong e il suo team hanno scoperto che un singolo elettrone dall'idrochinone viene trasferito agli ioni rameici (Cu ₂ ⁺ ) all'interno di HKUST-1, trasformandoli in ioni rameosi (Cu+). Questo cambiamento è autolimitante:non più del 30% degli ioni rameici cambia in questo modo. Metà del Cu ⁺ gli ioni rimangono nelle loro posizioni sulle gabbie delle ruote a pale di HKUST-1. Ma l'altra metà forma complessi che si dissociano dalla struttura e rimangono intrappolati nelle gabbie più piccole del materiale, come una nave in bottiglia.

Sono necessari ulteriori studi per capire esattamente come questi cambiamenti portino a un miglioramento così sostanziale della stabilità di HKUST-1 in acqua.

Jeong e il suo team credono che lo stesso concetto possa essere applicato ad altri MOF a ruota a pale a base di rame. Hanno in programma di condurre una ricerca di follow-up su potenziali applicazioni pratiche per il loro approccio.