Le immagini scattate utilizzando un microscopio a forza atomica hanno permesso ai ricercatori di osservare, per la prima volta, i cambiamenti flessibili e dinamici che si verificano sulle superfici dei cristalli di "polimero di coordinazione poroso" quando vengono introdotte molecole ospiti. Le scoperte, pubblicato sulla rivista Chimica della natura , avere implicazioni per le indagini sui materiali che possono essere utilizzati per immagazzinare e rilevare le molecole.

"Siamo rimasti sorpresi nello scoprire che la superficie porosa del polimero di coordinazione è eccezionalmente flessibile e fluttua costantemente in soluzione, " afferma Nobuhiko Hosono dell'Istituto per le scienze integrate dei materiali cellulari (iCeMS) dell'Università di Kyoto, "al contrario della comune percezione che il cristallo sia duro e immobile."

I polimeri di coordinazione porosi sono materiali cristallini che si formano dall'autoassemblaggio di ioni metallici e molecole di legame organico chiamate ligandi. Sono attualmente oggetto di indagine da parte di scienziati dei materiali a causa della loro capacità di cambiare la loro struttura quando vengono introdotte altre molecole o quando sono esposti a determinati stimoli esterni, senza perdere la loro cristallinità. Questa proprietà li rende interessanti per lo sviluppo di dispositivi in ​​grado di adsorbire selettivamente le molecole di gas e quindi filtrarle o conservarle, come immagazzinare idrogeno per produrre energia.

Sebbene i ricercatori siano consapevoli che alcune strutture cristalline cambiano quando esposte a determinate molecole, non erano ancora stati in grado di osservare questi cambiamenti in tempo reale. Vedendo ciò che accade realmente, è possibile approfondire gli studi sul controllo di questi materiali.

ricercatori ICEMS, tra cui Nobuhiko Hosono e Susumu Kitagawa, ha usato la microscopia a forza atomica per osservare i cambiamenti avvenuti sulla superficie di un polimero di coordinazione poroso monocristallino, costituito da cluster di zinco e due tipi di leganti, quando sono state introdotte molecole ospiti di bifenile.

Il microscopio a forza atomica è formato da una minuscola sonda all'estremità di un cantilever. Vengono registrati i movimenti della sonda sulla superficie di un materiale, fornendo un'immagine della topografia del materiale.

La superficie del cristallo di polimero di coordinazione è stata prima esaminata in soluzione in condizioni stabili. I reticoli metallo-organici sulla superficie erano di forma tetragonale. Al cristallo è stata quindi aggiunta una soluzione di bifenile a concentrazione gradualmente crescente. Le immagini sono state scattate ogni 13 secondi. Il team ha scoperto che i reticoli hanno assunto una forma rombica entro dieci minuti quando la concentrazione di bifenile ha raggiunto un massimo di 500 millimoli/litro di soluzione a causa della combinazione della molecola con la superficie cristallina. La diminuzione della concentrazione porta alla rimozione del bifenile dalla superficie del materiale e ad un rapido ritorno delle forme tetragonali dei reticoli.

Ulteriori studi hanno dimostrato che i cambiamenti superficiali hanno influito a malapena sul resto della struttura del cristallo.

La natura altamente reattiva della superficie porosa del polimero di coordinazione, catturato in grande dettaglio, fornisce informazioni che possono aiutare a guidare lo sviluppo di materiali reattivi, scrivono i ricercatori nel loro articolo.