Credito:Università dell'Oregon
Un nuovo tipo di minuscola particella è un grosso problema nel laboratorio del chimico dell'UO Carl Brozek.
Lui e il suo team hanno trasformato un tipo versatile di materiale poroso chiamato struttura metallo-organica, o MOF, in nanocristalli, una forma che è più facile da usare al di fuori del laboratorio. Nanoparticelle come queste hanno un'ampia gamma di potenziali applicazioni, dai rivestimenti superficiali che possono immagazzinare carica elettrica, ai filtri che rimuovono i contaminanti dall'aria o dall'acqua.
I nanocristalli sono i MOF più piccoli e stabili mai realizzati, ha affermato Brozek. E hanno una serie di proprietà interessanti, in particolare possono condurre elettricità e si comportano in modo diverso a seconda delle dimensioni esatte della particella.
"Sembra davvero che siamo entrati in qualcosa di nuovo", ha detto Brozek. Lui e il suo team, guidato dallo studente laureato Checkers Marshall, hanno riportato la loro anticipazione il 24 novembre in una prestampa pubblicata sul sito di ricerca ChemRxiv.
I MOF sono materiali spugnosi costituiti da ioni metallici, come ferro o zinco, collegati tra loro con piccole molecole a base di carbonio. Come un blocco bucato di formaggio svizzero, i MOF hanno tasche e fessure che conferiscono loro un'area superficiale estremamente elevata. Ciò li rende utili per applicazioni che implicano la cattura di molecole specifiche, come l'anidride carbonica dall'atmosfera o il piombo nell'acqua potabile, perché c'è molto spazio su cui attaccare le molecole bersaglio. E renderli di dimensioni nanometriche sarebbe particolarmente pratico per il ridimensionamento e l'uso industriale, perché le minuscole particelle potrebbero essere sospese in una soluzione e quindi, come la vernice, utilizzate per rivestire uniformemente una superficie.
Ma realizzare i MOF come nanoparticelle è stata una sfida continua, ha affermato Brozek.
Quindi il suo laboratorio ha escogitato una soluzione. "Mentre il MOF cerca di crescere, lo inganniamo", ha detto.
I MOF si formano attraverso una serie di reazioni chimiche che uniscono gli ioni metallici alle molecole linker. Il team di Brozek ha aggiunto un terzo ingrediente:molecole che imitano i linker, ma che possono legarsi solo a un'estremità. Come i pezzi marginali di un puzzle, agiscono come vicoli ciechi per il crescente MOF, assicurando che rimanga piccolo.
"Una delle cose davvero interessanti della nostra carta è che non solo abbiamo realizzato questo particolare MOF come un nanocristallo, ma è anche uno dei più piccoli MOF mai realizzati", ha affermato Brozek.
Queste nanoparticelle, costituite da triazolato di ferro, sono adattabili:si comportano in modo diverso a diverse dimensioni e anche a diverse temperature. Ciò apre una gamma di possibilità, ha detto Brozek:gli scienziati potrebbero "sintonizzare" i materiali per comportarsi in un certo modo, regolando le dimensioni delle nanoparticelle o la temperatura dell'ambiente. E potrebbero utilizzare un approccio simile per progettare altri nanocristalli MOF con diverse combinazioni di ioni metallici e molecole di collegamento.
"Il lavoro è piuttosto fondamentale in questo momento", ha detto Marshall. "Penso che le cose più importanti siano che siamo in grado di sintetizzare queste nanoparticelle e mostrano proprietà dipendenti dalle dimensioni che non sono state osservate prima. Questi due sviluppi aiuteranno ad adattare il modo in cui applichiamo i MOF nei dispositivi esistenti e a sfruttare i loro dimensione-dipendenza nelle tecnologie future."
Brozek e il suo team stanno già esplorando potenziali applicazioni, sia per le nanoparticelle di triazolato di ferro che per altre varianti.
"Ora che possiamo realizzare un film con questi materiali, c'è una reale possibilità che saremmo in grado di realizzare membrane utili nel mondo reale", ha affermato Brozek. Ad esempio, le nanoparticelle MOF che rivestono una superficie potrebbero aggrapparsi alle molecole di anidride carbonica che altrimenti verrebbero rilasciate nell'atmosfera. Oppure le particelle potrebbero essere progettate per aderire ai contaminanti nell'acqua.
"Questo è solo un MOF", ha detto Brozek. "Ci vorranno molti laboratori per esplorare questo campo della scienza completamente nuovo". + Esplora ulteriormente
