Conosciuti per la loro eccezionale porosità che consente l'intrappolamento o il trasporto di molecole, strutture metallo-organiche (MOF) assumono la forma di polvere, che li rende difficili da formattare. Per la prima volta, un team internazionale guidato da scienziati dell'Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech) ha evidenziato la sorprendente capacità di un tipo di MOF di conservare le sue proprietà porose allo stato liquido e poi vetroso. Pubblicato oggi in Materiali della natura , questi risultati aprono la strada a nuove applicazioni industriali.

Le strutture metallo-organiche (MOF) costituiscono una classe di materiali particolarmente promettente. La loro eccezionale porosità permette di immagazzinare e separare grandi quantità di gas, o per fungere da catalizzatore per reazioni chimiche. Però, la loro struttura cristallina implica che siano prodotti sotto forma di polvere, difficile da immagazzinare e utilizzare per applicazioni industriali. Per la prima volta, un team di scienziati del CNRS, Chimie ParisTech, Università di Cambridge, Air Liquide e i sincrotroni ISIS (Regno Unito) e Argonne (Stati Uniti) hanno dimostrato che le proprietà di un MOF zeolitico sono state conservate inaspettatamente nella fase liquida (che generalmente non favorisce la porosità). Quindi, dopo raffreddamento e solidificazione, il vetro ottenuto adottava un disordine, struttura non cristallina che conservava anche le stesse proprietà in termini di porosità. Questi risultati consentiranno di modellare e utilizzare questi materiali in modo molto più efficiente rispetto alla forma in polvere.

Per realizzare questo, gli scienziati hanno usato la diffrazione dei neutroni e i raggi X per osservare la struttura del MOF dopo la fusione, una volta era nella fase liquida. Hanno correlato questi dati con simulazioni molecolari che hanno riprodotto le stesse condizioni di temperatura di quelle applicate al MOF durante la fusione. La combinazione dei due metodi ha permesso loro di descrivere i cambiamenti strutturali che interessano il materiale quando è entrato nella fase liquida e poi si è risolidificato. Sono così riusciti a dimostrare un meccanismo atipico. Il MOF oggetto di studio era costituito da strutture molecolari piramidali, ciascuno costituito da un atomo di zinco circondato da quattro ciclici, molecole organiche chiamate imidazolati. allo scioglimento, l'energia generata dall'aumento della temperatura è stata in grado di abbattere il legame tra un imidazolato e lo zinco, distruggendo così la struttura piramidale. Lo spazio risultante è stato quindi occupato da un altro ciclo imidazolato rilasciato da un'intelaiatura vicina per ricreare la struttura originale. Sono questi scambi molecolari tra strutture complesse che hanno conferito al MOF il suo carattere liquido.

Nel caso di questo particolare MOF, la porosità derivava dalla presenza di spazi tra le strutture piramidali che potevano essere riempiti dai gas. Poiché il MOF ha mantenuto la stessa struttura piramidale allo stato liquido, la sua porosità è stata così mantenuta. Oltre alla capacità di questo MOF di conservare le sue proprietà dopo la fusione, questo studio descrive il caso di un liquido poroso, pochissimi dei quali figurano in letteratura.