Os cientistas da Northwestern University construíram um material estruturalmente complexo a partir de dois blocos de construção simples que é a estrutura metal-orgânica de menor densidade já feita.

Dirigido por regras de design desenvolvidas pelos cientistas, átomos de urânio e ligantes orgânicos se auto-montam em um belo cristal - um grande, arejada rede 3-D de poros muito espaçosos e úteis. Os poros são tão espaçosos, na verdade, que os cientistas aninharam uma grande enzima dentro de um poro - uma proeza nada pequena. O material pode atuar como um andaime protetor para enzimas.

"Estamos construindo com precisão de um átomo, "disse Omar K. Farha, um professor pesquisador de química no Weinberg College of Arts and Sciences que liderou a pesquisa. "Nosso material começa no nível de átomos individuais, medido por angstroms, e termina no nível de centenas de mícrons, onde podemos segurar o pequeno cristal com uma pinça e vê-lo a olho nu. "

O estudo foi publicado na edição de 12 de maio da revista. Ciência .

O material é muito leve, apesar de ser feito de urânio, um dos elementos mais pesados ​​da tabela periódica. (Os cientistas usaram urânio 238, um isótopo não radioativo.) Os átomos de urânio estão tão distantes uns dos outros na estrutura que a estrutura metal-orgânica (MOF) recebe o título de densidade mais baixa de todos os concorrentes.

"É contra-intuitivo, "disse Farha, que se especializou no projeto racional de MOFs para catálise, aplicações de detecção e armazenamento.

"Este material não foi visto ou previsto antes. Apesar de seu início simples, a estrutura do nosso MOF tem uma complexidade estrutural incomparável. E acabamos de arranhar a superfície da construção de estruturas sofisticadas usando blocos de construção simples. "

A descoberta revela o potencial para criar regras gerais de design para automontagem de estruturas complexas de blocos de construção simples, ao mesmo tempo destacando o potencial dos actinídeos, como urânio, na síntese de materiais, Farha disse.

Os pesquisadores agora podem aplicar o novo conjunto de regras de design para construção de baixo para cima para sintetizar vários materiais novos com estruturas complexas pré-projetadas e previsíveis.

Estruturas metal-orgânicas são bem ordenadas, cristais em forma de rede. Os nós das redes são metais, e moléculas orgânicas conectam os nós. O novo MOF, chamado NU-1301, é constituído apenas por nós de óxido de urânio e unidades de ligação orgânicas de tricarboxilato. Essa simplicidade torna o MOF industrialmente relevante.

Além da complexidade estrutural, NU-1301 tem uma área de superfície muito alta, volume de poro e estabilidade de água e pode ser usado para separar pequenas moléculas orgânicas e grandes moléculas biológicas, ou enzimas, com base em seus tamanhos e cobranças.

Cada célula unitária - a unidade básica que se repete em três dimensões para criar a estrutura cristalina - é composta por 816 nós de urânio e 816 ligantes orgânicos. Uma célula unitária mede 173 angstroms de diâmetro, e continua se repetindo. As células unitárias se reúnem em pentágonos e hexágonos, eventualmente crescendo em um cristal que pode atingir um quarto de milímetro de largura.

O artigo é intitulado "Construção de baixo para cima de uma superestrutura em um cristal orgânico poroso de urânio".