Un team di scienziati di tutti gli Stati Uniti ha trovato un nuovo modo per creare interconnessioni molecolari in grado di conferire a una certa classe di materiali nuove proprietà entusiasmanti, compreso il miglioramento della loro capacità di catalizzare reazioni chimiche o raccogliere energia dalla luce.

In un nuovo studio, ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory, l'Università della California-Los Angeles, l'Università della California-Santa Barbara, La Purdue University e l'Università dell'Oregon hanno sviluppato un metodo per creare reti collegate di ossidi metallici che potrebbero avere interessanti proprietà catalitiche o elettroniche.

Gli ossidi metallici sono di interesse per gli scienziati a causa delle loro proprietà elettroniche e chimiche uniche. Alcuni, come il biossido di titanio, sono comunemente usati nelle applicazioni fotovoltaiche e fotocatalitiche per la loro capacità di assorbire la luce.

La chiave per formare queste reti di ossidi metallici è il boro, che quando ricotto con ossidi metallici porta alla formazione di cluster interconnessi termicamente robusti e stabili che fungono da fili di colla che collegano una rete di ossido metallico.

"Questa colla ha la capacità di essere un componente chiave dell'intero sistema reattivo, modificando le proprietà che gli ossidi metallici avevano da soli, " ha detto Alexander Spokoyny, un chimico all'UCLA.

La formazione della rete di ossido di boro metallico fornisce un punto di partenza per studi futuri di diversi materiali che potrebbero combinare le proprie proprietà naturali con l'ulteriore vantaggio di una struttura simile "reticolata".

"Vogliamo sapere, ad esempio, se possiamo trasferire la nostra conoscenza di questa rete a un materiale come il biossido di silicio. Le proprietà fotocatalitiche di questi materiali sono straordinarie rispetto al biossido di titanio, ", ha detto il chimico di Argonne Max Delferro.

Nel futuro, i ricercatori cercano di progettare un modo per creare materiali su misura con precisione perfezionando il modo in cui i gruppi interconnessi di "colla" di boro sono intervallati all'interno dell'ossido di metallo. "Se riusciamo a ricucire queste molecole esattamente dove vogliamo che siano, ci darà una potente capacità di creare e comprendere materiali ibridi con una vasta gamma di usi, " Disse Spokoyny.

Poiché questi materiali sono così nuovi, i ricercatori credono di avere un grande potenziale non sfruttato. "Non stiamo rivendicando la missione completamente compiuta in alcun modo; ci sono ancora parti della chimica che non comprendiamo e apprezziamo completamente, " Disse Delferro.

Il gruppo di ricerca includeva la chimica delle Argonne Karena Chapman, che lavora presso l'Advanced Photon Source (APS) del laboratorio, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE. Chapman e Spokoyny si sono incontrati quando sono stati nominati a Notizie chimiche e ingegneristiche l'elenco dei "Dodici talentuosi" nel 2016, e ha stabilito la collaborazione che ha portato alla ricerca.

Secondo Chapman, un membro del gruppo di scienze strutturali nella divisione APS X-ray Science, la caratterizzazione strutturale del materiale ha comportato l'utilizzo dell'analisi della funzione di distribuzione di coppie di raggi X effettuata presso l'APS, che fornisce informazioni strutturali locali sulle posizioni relative degli atomi.

Chapman, Delferro e Spokoyny hanno notato che gli sforzi del team di ricerca per produrre e analizzare questo nuovo materiale erano interconnessi quanto lo stesso materiale ibrido scoperto. "Ci sono legami incrociati sia a livello molecolare che umano, " Ha detto Delferro. "Questo lavoro dimostra che lavoriamo meglio e siamo più forti quando siamo connessi".

Un documento basato sulla ricerca, "Un approccio di cross-linking molecolare per ossidi metallici ibridi, " apparso nel numero del 5 marzo di Materiali della natura .