I cristalli perfetti non sono necessariamente i più utili. Difetti nella struttura cristallina ordinata delle strutture metallo-organiche (MOF) potrebbero adattare questi materiali versatili per applicazioni specifiche. I ricercatori KAUST hanno già sviluppato un metodo pionieristico per visualizzare i difetti utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione. Ora riferiscono che la creazione di difetti specifici, visualizzandoli, e studiare i loro effetti chimici porta l'esplorazione dei MOF a nuovi livelli di dettaglio e controllo.

I MOF contengono cluster metallici regolarmente distanziati collegati da gruppi di linker organici a base di carbonio. La variazione dei metalli nei cluster e la struttura dei linker crea un'enorme diversità di MOF con reti di pori variabili e proprietà chimiche diverse. Due delle principali applicazioni per le quali i MOF sono in fase di sviluppo sono per l'uso come catalizzatori e come materiali per l'assorbimento e la separazione di gas altamente selettivi.

I MOF sono una delle aree più calde della ricerca chimica, e gli scienziati KAUST sono al lavoro per rimanere in prima linea. L'ultimo progresso si basa su una lunga serie di scoperte e ha coinvolto tre centri di ricerca KAUST, i laboratori e i collaboratori KAUST Core in Cina e nel Regno Unito.

"La più grande sorpresa che stiamo rivelando è che ci sono diversi difetti in quasi tutti i MOF, anche quelli che prima erano considerati perfetti, "dice ricercatore, Yu Han del KAUST Advanced Membranes and Porous Materials Center.

Han spiega che studiare i difetti è impegnativo perché i cristalli MOF sono fragili e facilmente danneggiati dai fasci di elettroni utilizzati nella microscopia elettronica convenzionale. Il team KAUST ha superato questo problema utilizzando una fotocamera per il conteggio degli elettroni altamente sensibile, combinato con una suite di metodi di elaborazione delle immagini appositamente progettati.

Questa nuova capacità di scrutare direttamente in un MOF ad un alto livello di risoluzione rivela che possono coesistere due tipi di difetti, a causa di cluster metallici mancanti e linker mancanti. "Tali dettagli non potevano essere visti prima del nostro lavoro, "dice Han.

I ricercatori hanno anche esplorato la creazione di difetti nei MOF con il trattamento chimico e il monitoraggio di come si sviluppa il modello dei difetti. Ciò dimostra il potenziale per mettere a punto i difetti per manipolare le proprietà chimiche di un MOF.

Il team KAUST ha dimostrato la potenza di questa strategia scoprendo che un MOF specifico con difetti di cluster mancanti è più cataliticamente attivo di uno con difetti di linker mancanti.

I ricercatori stanno ora lavorando per perfezionare ulteriormente la loro tecnica di imaging e applicarla a cristalli più grandi. "Speriamo di rivelare ulteriori incognite sui MOF al fine di ottimizzare le loro applicazioni, "dice Han.