(PhysOrg.com) -- Gli scienziati dell'Università di Glasgow hanno ideato un "kit di strumenti LEGO" molecolare che può essere utilizzato per assemblare un vasto numero di composti chimici nuovi e funzionali.

Usando le molecole come elementi costitutivi, sono stati in grado di costruire un'impalcatura molecolare basata su piccoli cubi di stoccaggio (nanoscala). Questo nuovo "percorso del design" apre le porte a molti nuovi composti che, potenzialmente, sono in grado di agire come sensori ionici, dispositivi di memoria, e catalizzatori del futuro.

I ricercatori del Dipartimento di Chimica hanno creato strutture a cubo cavo da poliossometallati (POM) - composti complessi fatti di metallo e atomi di ossigeno - che si uniscono come i mattoncini LEGO, il che significa che un'intera gamma di architetture ben definite può essere sviluppata con grande facilità.

I ricercatori hanno scelto una molecola di poliossometallato "a forma di ruota", contenente un foro largo 1 nanometro, che agisce come una "finestra" per la molecola. I composti ciclici si autoassemblano in acqua per formare bellissimi cristalli singoli cubici.

Le "finestre" dei mattoni a forma di anello portano a pori interni molto grandi, il che significa che questi nuovi composti possono agire efficacemente come scatole di immagazzinaggio per ioni e piccole molecole.

Architetture chimiche ben definite sono essenziali per molti materiali funzionali; quindi strutture POM molto grandi potrebbero essere utilizzate come celle a combustibile ionico, batterie, sensori, catalizzatori e altre nuove nanotecnologie.

Professor Lee Cronin, Cattedra di Chimica Gardiner, che ha condotto lo studio, ha dichiarato:“La capacità di costruire strutture inorganiche altamente robuste in un modo simile a LEGO è un enorme vantaggio per i chimici, presentando molte potenziali applicazioni”.

Nel composto riportato, ioni manganese collegano le molecole a forma di ruota insieme nell'impalcatura molecolare. Nella struttura sono incorporati anche ioni di potassio e litio caricati positivamente per bilanciare la carica negativa trasportata dagli ioni di ossido di metallo nella ruota POM. Le strutture stesse possono anche essere "sintonizzate" modificando la carica sugli ioni di manganese.

Gli aspetti di rilevamento molecolare di questo nuovo materiale sono legati agli ioni potassio e litio, che si trovano liberamente nelle cavità della struttura. Questi possono essere sostituiti da altri ioni carichi positivamente come metalli di transizione o piccole molecole organiche, lasciando allo stesso tempo intatta la struttura.

Queste caratteristiche evidenziano alcuni dei molti potenziali usi e applicazioni dei framework POM, ma la loro applicazione principale è il loro uso come catalizzatori - una molecola usata per avviare o accelerare una reazione chimica rendendola più efficiente, economico e rispettoso dell'ambiente.

Il professor Cronin ha aggiunto:“Sebbene i catalizzatori siano di enorme importanza industriale, molti dei catalizzatori utilizzati oggi nell'industria sono ancora costosi oltre che "sporchi", creando rifiuti dannosi per l'ambiente”.

“La nostra ricerca si concentra sulla progettazione e sintesi di architetture molecolari funzionali su nanoscala che possono essere utilizzate come catalizzatori industriali più efficienti dal punto di vista energetico e rispettosi dell'ambiente rispetto ai materiali attuali”.

"Quadri modulari estesi che incorporano elementi costitutivi inorganici come questi rappresentano una nuova classe di materiali sintonizzabili con "siti attivi" progettati per rispondere all'inclusione degli ospiti".

“Con un'enorme varietà di molecole di ruote POM disponibili, sono necessari ulteriori studi per costruire questa famiglia di materiali sulla base del processo di progettazione generale che è stato stabilito. Ma inoltre ci proponiamo di indagare il catalitico, capacità di rilevamento e scambio di ospiti in modo più dettagliato.”

La ricerca è riportata nell'ultimo numero della rivista Chimica della natura .