Conhecidos por sua porosidade excepcional que permite o aprisionamento ou transporte de moléculas, estruturas metal-orgânicas (MOFs) assumem a forma de um pó, o que os torna difíceis de formatar. Pela primeira vez, uma equipe internacional liderada por cientistas do Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS / Chimie ParisTech) evidenciou a surpreendente capacidade de um tipo de MOF em reter suas propriedades porosas no estado líquido e depois no estado de vidro. Publicado hoje em Materiais da Natureza , essas descobertas abrem o caminho para novas aplicações industriais.

Estruturas metal-orgânicas (MOFs) constituem uma classe de materiais particularmente promissora. Sua porosidade excepcional torna possível armazenar e separar grandes quantidades de gás, ou para atuar como um catalisador para reações químicas. Contudo, sua estrutura cristalina implica que eles são produzidos na forma de pó, que é difícil de armazenar e usar para aplicações industriais. Pela primeira vez, uma equipe de cientistas do CNRS, Chimie ParisTech, Universidade de Cambridge, A Air Liquide e os síncrotrons ISIS (Reino Unido) e Argonne (EUA) mostraram que as propriedades de um MOF zeolítico foram inesperadamente conservadas na fase líquida (o que geralmente não favorece a porosidade). Então, após o resfriamento e solidificação, o vidro obtido adotou um desordenado, estrutura não cristalina que também manteve as mesmas propriedades em termos de porosidade. Esses resultados permitirão a modelagem e o uso desses materiais de forma muito mais eficiente do que na forma de pó.

Para alcançar isto, os cientistas usaram difração de nêutrons e raios-X para observar a estrutura do MOF após o derretimento, uma vez que estava na fase líquida. Eles correlacionaram esses dados com simulações moleculares que reproduziram as mesmas condições de temperatura aplicadas ao MOF durante a fusão. A combinação dos dois métodos permitiu-lhes descrever as mudanças estruturais que afetam o material à medida que entrava na fase líquida e depois se solidificava novamente. Assim, eles conseguiram demonstrar um mecanismo atípico. O MOF em estudo era composto de estruturas moleculares piramidais, cada um consistindo de um átomo de zinco rodeado por quatro cíclicos, moléculas orgânicas chamadas imidazolatos. No derretimento, a energia gerada pelo aumento da temperatura foi capaz de quebrar a ligação entre um imidazolato e zinco, destruindo assim a estrutura piramidal. O espaço resultante foi então ocupado por outro ciclo de imidazolato liberado por uma estrutura vizinha para recriar a estrutura original. São essas trocas moleculares entre estruturas complexas que conferem ao MOF seu caráter líquido.

No caso deste MOF específico, a porosidade resultou da presença de lacunas entre as estruturas piramidais que poderiam ser preenchidas por gases. Como o MOF manteve a mesma estrutura piramidal no estado líquido, sua porosidade foi assim mantida. Bem como a capacidade deste MOF de reter suas propriedades após a fusão, este estudo descreve o caso de um líquido poroso, muito poucos deles aparecem na literatura.