In un laboratorio appena fuori Barcellona, minuscole particelle si stanno organizzando in strutture 3D ordinate, come piccoli mattoncini Lego animati che scattano al loro posto. Queste particelle sono ibridi organico-inorganici altamente porosi le cui dimensioni e forma possono essere controllate per regolare le proprietà dell'insieme risultante.

L'autoassemblaggio è stato a lungo onnipresente in chimica, scienza dei materiali e biologia, ma emerge ora come un percorso efficiente verso una gamma di materiali con strutture uniformi, in particolare su scala nanometrica. Molti studi fino ad oggi hanno riportato la sintesi di particelle polimeriche e metalliche che si autoassemblano spontaneamente in sovrastrutture 3D ordinate. Oggi, ricercatori dell'Istituto catalano di nanoscienze e nanotecnologie (ICN2) e dell'Istituto di scienza dei materiali di Madrid (ICMM-CSIC) presentano le loro scoperte in relazione alle particelle ibride metallo-organiche, aggiunta di strutture metallo-organiche (MOF) all'elenco di composti che possono essere sintetizzati per l'autoassemblaggio 3D.

Le palle di cannone si accumulano facilmente grazie alla loro forma, in posizione indipendentemente dal loro orientamento. Mattoni, però, devono essere allineati nel modo giusto per creare una pila ordinata. Quando questo viene effettuato su scala nanometrica, i problemi sono gli stessi. Una condizione per questo effetto Lego stop-motion è che tutte le particelle sintetizzate presentino le stesse dimensioni (monodispersità) e forma, in modo che quando scattano in posizione, la disposizione risultante è ben ordinata, ben imballato e funzionale.

Fino ad ora, questo non era mai stato raggiunto per i composti ibridi cristallini come i MOF, nonostante le loro geometrie poliedriche. Ma in questo ultimo lavoro, pubblicato questa settimana in Chimica della natura , Ricercatori spagnoli segnalano la riuscita sintesi dei MOF "ZIF-8" e "UiO-66" con l'omogeneità richiesta di dimensioni e forma.

Le sovrastrutture 3-D risultanti, costituito da molti miliardi di particelle identiche disposte in cristalli di diversi millimetri di diametro, proprietà presenti tipiche dei cristalli fotonici, un nuovo materiale promettente per la manipolazione della luce. Come tale, le nuove strutture diffondono la luce in un modo che fornisce colore senza l'uso di pigmenti o coloranti, noto come colore strutturale. Per di più, controllando la dimensione e la forma delle particelle alla sintesi, i ricercatori possono sintonizzare il gap di banda fotonico del materiale per determinare quale colore si ottiene.

Costruito da MOF, le nuove strutture vantano inoltre un'elevata porosità, una caratteristica che può essere sfruttata nelle applicazioni di rilevamento. Diverse sostanze adsorbite nei pori provocano la rifrazione della luce in diversi colori. Questo effetto può essere regolato in modo tale che un dato colore indichi la presenza di una data sostanza. La capacità di formare sovrastrutture 3D da unità porose apre anche le porte ad applicazioni basate sull'allineamento dei pori su larga scala, ad esempio, per produrre membrane migliorate per l'adsorbimento e la catalisi dei gas.