I materiali contenenti più elementi metallici sono importanti per varie applicazioni poiché la combinazione di diversi cationi metallici fornisce proprietà nuove o migliorate, che non si può ottenere con l'uso di un solo metallo. Un recente studio che coinvolge esperimenti di diffrazione di neutroni ha consentito lo sviluppo di una nuova strategia generale per produrre materiali complessi con disposizioni di cationi metallici che possono essere virtualmente controllati su richiesta per le applicazioni desiderate; un risultato che sarà di grande importanza in vari campi.

La preparazione di materiali complessi con strutture costituite da più cationi metallici che occupano siti specifici è un compito impegnativo, poiché implica affrontare simultaneamente l'incorporazione di elementi diversi in posizioni esatte. Però, questi materiali multimetallici sono importanti in diversi campi, poiché la combinazione di cationi metallici fornisce proprietà nuove o migliorate; qualcosa che non può essere raggiunto attraverso l'uso di un solo metallo.

Una frequente applicazione di ossidi e sali di metalli misti viene utilizzata come materiali anodici nelle batterie, a causa della superconduttività dimostrata da diverse famiglie multimetalliche le cui strutture sono composte da più cationi combinati. Altre applicazioni includono ossidi metallici drogati utilizzati in dispositivi ottici e ossidi metallici misti come catalizzatori nella trasformazione chimica chiave. Però, l'uso di materiali multimetallici per queste applicazioni non è facile; sintetizzare nuovi materiali con strutture in cui la disposizione degli elementi metallici è altamente controllabile rimane ancora una sfida. Infatti, il controllo sulla disposizione degli elementi nella maggior parte dei materiali multimetallici esistenti è stato finora limitato o addirittura inesistente. Inoltre, ci sono limitazioni riguardanti la quantità e la natura degli elementi che possono essere combinati all'interno di una struttura.

Una classe di materiali cristallini, strutture metallo-organiche (MOF), sono composti da una combinazione di cluster metallici chiamati unità di edifici secondari (SBU) e linker organici. Mentre i MOF sono costruiti tradizionalmente con un solo catione metallico, hanno recentemente dimostrato la capacità di incorporare più elementi metallici all'interno di un'unica struttura cristallina. Però, c'è stata una mancanza di controllo fondamentale sulla disposizione degli elementi metallici usati nella maggior parte dei sistemi riportati fino ad oggi.

Un recente studio condotto da una collaborazione internazionale di istituti di ricerca (Institut Laue-Langevin (ILL), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid e Instituto de Ciencia de Materiales de Aragon (entrambi istituti del Consiglio Nazionale delle Ricerche spagnolo), L'IMDEA Energy Institute (ICMA) e l'Università Complutense di Madrid) hanno riportato come sia possibile utilizzare un MOF costruito con una SBU inorganica a forma di bastoncino per combinare più elementi metallici in posizioni precise. Ciò si traduce in materiali con una disposizione di cationi metallici che può essere controllata su scala atomica e mesoscopica.

Uno studio di diffrazione da polvere di neutroni condotto presso l'ILL ha scoperto varie possibili disposizioni atomiche dei cationi metallici all'interno delle SBU. I risultati di questo lavoro forniscono una nuova strategia generale per produrre materiali multimetallici complessi con disposizioni di cationi metallici che possono essere virtualmente controllati su richiesta per varie applicazioni desiderate. Date le proprietà dei materiali sono dettate dalla loro composizione e precise strutture atomiche e mesoscopiche, questi risultati saranno di grande rilevanza e importanza in vari campi.

Dott.ssa Ines Puente Orench, Lo scienziato ILL e coautore di questo studio afferma:"I neutroni, e in particolare il multidetettore ad alta risoluzione D2B e il diffrattometro da polvere ad alta intensità D1B presso l'ILL, erano parte integrante di questo studio in quanto ci hanno permesso di osservare le posizioni precise degli elementi metallici nella struttura cristallografica. Queste osservazioni non avrebbero potuto essere fatte con nessun'altra tecnica, in quanto non avrebbero permesso di distinguere i diversi elementi metallici. Considerando il gran numero di MOF esistenti costituiti da più SBU, questo metodo sarà generalizzato per preparare nuovi materiali con composizioni adatte a determinate applicazioni in cui è possibile disporre più cationi metallici in posizioni atomiche desiderate e precise".