Imagen de los materiales compuestos por secuencias de metales dentro de
las hélices. / CSIC |
Hasta el momento era difícil controlar la unión de varios elementos
químicos dentro de este tipo de estructuras. Los resultados del trabajo
abren nuevas vías de estudio en el campo de las comunicaciones y la
energía.
La naturaleza es capaz de crear estructuras complejas a través de la
repetición controlada de fragmentos, como ocurre en el caso del ADN. Los
sistemas biológicos complejos dependen de estas estructuras para
desarrollar de manera plena su funcionalidad. Un equipo de
investigadores liderado por el Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC) ha creado en el laboratorio materiales complejos que
contienen secuencias diferentes de elementos químicos en su estructura.
El trabajo, publicado en la revista Science Advances, abre nuevas vías
de estudio en campos como las comunicaciones o el almacenamiento de
energía.
Las propiedades físicas de los materiales como la conducción, el
magnetismo o la actividad catalítica dependen en gran medida de los
elementos metálicos que estos contienen. También influye su distribución
en la estructura. “Hasta ahora, era casi imposible controlar y
determinar de qué forma se mezclaban y ordenaban los distintos elementos
dentro de las estructuras”, apunta Felipe Gándara, investigador del CSIC
en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid. Sin embargo, este
grupo de científicos lo ha conseguido a escala atómica y nanoescala
utilizando unos materiales conocidos como redes metal-orgánicas, que
permiten incluir de manera controlada múltiples elementos metálicos.
Las redes metal-orgánicas han recibido gran atención en los últimos años
por sus aplicaciones en campos como el almacenamiento de gases, por
ejemplo, debido a los altos niveles de porosidad que poseen. Además,
tienen estructuras ordenadas. En este caso, los investigadores han
seleccionado un tipo de redes metal-orgánicas con una estructura que
hace que los elementos metálicos se dispongan formando hélices, para
incorporar múltiples elementos metálicos.
“Hemos seleccionado diversos metales para que ocupen posiciones
específicas dentro de las hélices. El resultado son diferentes
secuencias que se repiten a lo largo de la estructura de la red
metal-orgánica”, explica Gándara. Para determinar la distribución exacta
de los elementos metálicos se han combinado técnicas de difracción de
rayos X y de neutrones, y técnicas de microscopía electrónica y
microanálisis.
Desarrollar materiales artificiales que posean una complejidad que se
asemeje a los sistemas naturales abre nuevas vías para la mejora de las
propiedades en aplicaciones en múltiples campos. Además, el alto control
de las estructuras permite estudiar la relación entre la estructura y
las propiedades de los materiales, permitiendo el diseño de nuevos
materiales avanzados.
Fuente: CSIC 24 de julio de 2017
Celia Castillo-Blas, Víctor A. de la Peña-O’Shea, Inés Puente-Orench,
Julio Romero de Paz, Regino Sáez-Puche, Enrique Gutiérrez-Puebla, Felipe
Gándara y Ángeles Monge. Addressed Realization of Multication Complex
Arrangements in Metal-Organic Frameworks. Science Advances. DOI:
10.1126/sciadv.1700773
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