Una struttura metallica organica altamente porosa, assemblati da blocchi molecolari progettati per bloccarsi insieme in un orientamento specifico, è stato sviluppato dai ricercatori di KAUST.

Le strutture metalliche organiche (MOF) sono materiali cristallini costituiti da ioni metallici collegati da linker organici. La loro struttura interna è come una serie ripetuta di minuscole gabbie identiche, ideali per ospitare diverse molecole. I MOF hanno trovato potenziali usi dal rilevamento del gas alle separazioni molecolari allo stoccaggio, a seconda delle dimensioni e della struttura dei loro pori.

Una famiglia di MOF è stata ispirata da materiali porosi inorganici chiamati zeoliti. Le zeoliti sono una classe speciale di materiale poroso con una miriade di applicazioni, spiega Norah Alsadun, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Mohamed Eddaoudi, che ha condotto la ricerca. "Però, la capacità di mettere a punto la dimensione dell'apertura dei pori e il sistema dei pori di una data zeolite, sulla base di una data topologia, è estremamente impegnativo, " lei dice.

Imitando la struttura della zeolite con un MOF, però, la struttura dei pori può essere facilmente regolata cambiando il metallo e il legante organico. "Il nostro gruppo ha introdotto l'uso di unità di costruzione tetraedriche a base di metallo singolo per la costruzione MOF (ZMOF) simile alla zeolite, " dice Alsadun. La base della struttura ZMOF basata sul tetraedro è una coppia di piramidi triangolari, attaccato da punta a punta tramite un singolo legame.

La libera rotazione dei due triangoli attorno al singolo legame porta tipicamente alla formazione di una struttura a forma di diamante. Però, l'assemblaggio di unità costruttive tetraedriche nella chimica MOF può portare alla formazione simultanea di più reti di diamanti, tutti penetrando l'un l'altro, bloccando così i pori. "Così, abbiamo sviluppato un nuovo concetto per l'assemblaggio ZMOF utilizzando cluster polinucleari come rigidi, unità immobiliari direzionali e chiuse, " dice Eddaoudi.

Piuttosto che un semplice tetraedro a metallo singolo come elemento costitutivo principale, il team ha utilizzato ammassi polinucleari espansi in cui ogni bordo e angolo del tetraedro originale è sostituito da una nuova faccia, un concetto geometrico noto come cantellazione. Di conseguenza, il singolo legame che unisce i due tetraedri nella struttura originaria è sostituito da tre legami, bloccare la struttura in un orientamento specifico.

Come aveva pianificato la squadra, i blocchi di costruzione bloccati hanno generato uno ZMOF con una "sodalite", piuttosto che un diamante, struttura. "La topologia sodalite non ha spazio per la compenetrazione, "dice Vincent Guillerm, un ricercatore senior nel team. I pori sod-ZMOF risultanti misuravano fino a 43 angstrom di diametro, il più grande mai segnalato per uno ZMOF.

"Il nostro lavoro dimostra che è possibile accedere a queste strutture impegnative attraverso il nostro nuovo design, " Dice Eddaoudi. "L'applicazione di questa strategia per costruire altri ZMOF è ora in corso".