• UABDivulga
06/06/2018

Transformació reversible d’estructures 3D nano-poroses a noves 2D no poroses mitjançant lligands esfèrics

ICMAB-Materials reversibles
Com els Transformers, els robots que tenen la capacitat de canviar els seus cossos a voluntat, reordenant les seves peces des d'un robot humanoide a una altra forma alternativa, generalment un cotxe, un camió o una arma; els científics han desenvolupat nous materials nano-porosos 3D que, a causa d’estímuls externs, passen a través de diferents conformacions fins a transformar-se en una estructura no-porosa 2D de manera reversible.

Els anomenats materials "sensibles als estímuls" o "intel·ligents" tenen la capacitat de passar per canvis conformacionals o transicions de fase com a resultat d'estímuls químics o físics externs. Aquesta capacitat de resposta a estímuls específics o a l'entorn local és típica de les biomolècules en la naturalesa, però és particularment difícil d'aconseguir de forma artificial. Aquests materials són la pedra angular del desenvolupament de tecnologies intel·ligents i estan a l'avantguarda de les estratègies que escometen una sèrie de desafiaments globals.

Els polímers de coordinació porosos (CP per les sigles en anglès) o els “metal organic frameworks” (MOF) són una classe de materials cristal·lins porosos formats per l'acoblament d'ions metàl·lics o grups de metalls amb diferents tipus de lligands orgànics pont. Els MOF poden trobar aplicacions com a membranes per a la separació selectiva de gasos o la seva adsorció, com a catalitzadors de reaccions químiques, per l'encapsulament i el subministrament de fàrmacs, o en l'adsorció de residus perillosos. Els científics de tot el món estan tractant de desenvolupar MOF flexibles sensibles a estímuls, ja que els avantatges i els possibles camps d'aplicació dels materials flexibles són molt desitjables.

Científics del Laboratori de Materials Inorgànics i Catàlisi (LMI) de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), han desenvolupat per primera vegada nous materials nano-porosos 3D que, a causa d’estímuls externs, passen a través de diferents conformacions fins a transformar-se en una estructura no-porosa 2D de manera reversible. Posteriorment, els materials poden tornar a l'estructura nano-porosa 3D original quan s'inverteixen els estímuls. En aquest estudi, l'ús de molècules icosaèdriques de bor, flexibles i esfèriques, com a lligands, en lloc d’emprar els típics lligands plans, podria estabilitzar les estructures flexibles. La forma esfèrica dels lligands és el factor clau que permet a les estructures tornar a la seva forma original, permetent la reordenació de les diferents parts i evitant el col·lapse de tota l'estructura. La idea d'utilitzar lligands esfèrics per augmentar l'estabilitat de les estructures flexibles es pot entendre d'aquesta manera: dues capes poden rodar una sobre l'altra si estan separades per esferes, mentre que col·lapsen si s'utilitzen columnes rectes.

Com a prova de concepte per a futures aplicacions potencials, en aquest estudi s'ha aconseguit atrapar molècules de ful·lerè i encapsular-les durant la transició reversible de 2D a 3D, mentre s’està formant l'estructura original. Aquest procés constitueix una nova manera d'encapsular grans molècules que no es poden difondre fàcilment a través del material porós amb porus més petits que la seva mida.

Vídeo descriptiu dels nous materials.

Fanchang Tan i José Giner Planas
Laboratori de Materials Inorgànics i Catàlisi (LMI)
Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC)
Campus de la Universitat Autònoma de Barcelona

Referències