Figura 1. La struttura del Cu3(TABTO)2-MOF (carbonio, azoto, ossigeno, idrogeno, e gli atomi di rame sono grigi, blu, rosso, bianco, e viola, rispettivamente). Credito:Istituto per le scienze di base
Strutture metallo-organiche, o MOF, sono composti da ioni metallici periodicamente circondati da molecole organiche a ponte, e queste strutture cristalline ibride presentano una struttura cava a gabbia. Questo motivo unico della struttura offre un grande potenziale per una gamma di applicazioni nell'accumulo di energia, trasformazioni chimiche, optoelettronica, rilevamento chemiresistivo, e (foto)elettrocatalisi, tra gli altri. Debutta nei primi anni 2000, I MOF sono un nanomateriale affascinante. Sebbene numerose applicazioni sfruttino i MOF, poco si sa su come l'ossigeno possa funzionare nella sintesi dei MOF.
Guidato dal direttore Rodney S. Ruoff e dal chimico senior Dr. Yi Jiang, i chimici del Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) situato presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in collaborazione con i loro colleghi dell'UNIST e della Sungkyunkwan University (SKKU) hanno identificato come l'ossigeno influisce la sintesi di un nuovo MOF; rame 1, 3, 5-triammino-2, 4, 6-benznetriolo struttura metallo-organica [Cu 3 (TABTO) 2 -MOF]. I loro risultati sono stati pubblicati in un recente articolo su Giornale della Società Chimica Americana .
"Dal momento che i ligandi organici redox-attivi sono solitamente sensibili all'ossigeno, la presenza di ossigeno non è favorita in molte reazioni organiche. Però, l'ossigeno può essere utile per la sintesi di alcuni MOF basati su ligandi redox-attivi, ma molti chimici non se ne rendevano conto, " nota il dottor Yi Jiang, il primo autore dello studio. I ricercatori hanno sintetizzato un tipo MX2Y2 coniugato 2-D (M =metallo, X, Y =N, S, Oh, e X ≠ Y) Cu 3 (TABTO) 2 -MOF basato su un ligando redox-attivo (1, 3, 5-triammino-2, 4, 6-benzenetriolo). Il ruolo dell'ossigeno nella sintesi di questo MOF è stato identificato confrontando i risultati di esperimenti in aria e gas inerte (argon):Pure Cu 3 (TABTO) 2 -MOF è stato prodotto in presenza di ossigeno, ma il Cu 3 (TABTO) 2 -MOF insieme al metallo di rame si formava se l'ossigeno era assente. Il dottor Jiang aggiunge, "Il nostro studio suggerisce che l'ossigeno impedisce a questi ligandi di ridurre gli ioni Cu (I e II) a metallo Cu, facilitando la sintesi di un puro MOF."
Hanno anche rivelato che Cu 3 (TABTO) 2 -MOF è diventato elettricamente conduttivo dopo essere stato ossidato chimicamente dallo iodio a causa della formazione di CuI e dei trasportatori. Originariamente è un isolante quasi privo di conduttività elettrica. Il drogaggio con iodio genera 0,78 Siemens per centimetro di conduttività elettrica nel Cu 3 (TABTO) 2 -MOF pellet che è stato sintetizzato in aria. Ulteriori esperimenti e analisi hanno trovato le caratteristiche metalliche dei materiali.
Modellazione della struttura tramite calcoli dettagliati della teoria del funzionale della densità (DFT), i ricercatori hanno anche studiato sperimentalmente la struttura di questo MOF 2-D attraverso la diffrazione dei raggi X, riflettanza diffusa UV-vis, fotoelettrone a raggi X, risonanza paramagnetica elettronica, e spettroscopie Raman.
"Il nostro lavoro ha contribuito a una comprensione fondamentale del ruolo dell'ossigeno nella sintesi di MOF basati su ligandi redox-attivi, e dovrebbe ispirare la comunità a prestare maggiore attenzione al ruolo che l'ossigeno può svolgere nella sintesi di MOF basati su ligandi redox-attivi, " dice il regista Rodney S. Ruoff, il corrispondente autore dello studio. Il dottor Jiang spiega inoltre, "La maggior parte del lavoro in questo campo si è concentrato sulla sintesi del tipo MX4 (M =metallo, X =N, Oh, o S) MOF basati su ligandi redox-attivi. La sintesi di nuovi MOF elettricamente conduttivi che non sono del tipo MX4 è un lavoro impegnativo e significativo. Sia il Cu . come sintetizzato che drogato con iodio 3 (TABTO) 2 -I MOF potrebbero essere utili nella catalisi e nelle applicazioni legate all'energia."
