Em um laboratório nos arredores de Barcelona, partículas minúsculas estão se organizando em estruturas 3-D ordenadas, como pequenos tijolos de Lego animados se encaixando no lugar. Essas partículas são híbridos orgânico-inorgânicos altamente porosos, cujo tamanho e forma podem ser controlados para ajustar as propriedades do conjunto resultante.

A automontagem há muito tempo é onipresente na química, ciência e biologia dos materiais, mas surge agora como uma rota eficiente para uma variedade de materiais com estruturas uniformes, particularmente em nanoescala. Muitos estudos até agora relataram a síntese de partículas poliméricas e à base de metal que se auto-montam espontaneamente em superestruturas 3-D ordenadas. Hoje, pesquisadores do Instituto Catalão de Nanociência e Nanotecnologia (ICN2) e do Instituto de Ciência de Materiais de Madrid (ICMM-CSIC) apresentam suas descobertas em relação às partículas híbridas metal-orgânicas, adição de estruturas metal-orgânicas (MOFs) à lista de compostos que podem ser sintetizados para automontagem 3-D.

Bolas de canhão se acumulam facilmente graças ao seu formato, encaixando no lugar, independentemente de sua orientação. Tijolos, Contudo, precisa ser alinhado da maneira certa para criar uma pilha ordenada. Quando isso é realizado em nanoescala, os problemas são os mesmos. Uma condição para este efeito de stop-motion Lego é que todas as partículas sintetizadas apresentem o mesmo tamanho (monodispersidade) e forma, para que, quando eles clicarem no lugar, o arranjo resultante é bem ordenado, bem embalado e funcional.

Até agora, isso nunca foi alcançado para compostos híbridos cristalinos como MOFs, apesar de suas geometrias poliédricas. Mas neste último trabalho, publicado esta semana em Química da Natureza , Pesquisadores espanhóis relatam a síntese bem-sucedida dos MOFs "ZIF-8" e "UiO-66" com a homogeneidade necessária de tamanho e forma.

As superestruturas 3-D resultantes, feito de muitos bilhões de partículas idênticas organizadas em cristais com vários milímetros de diâmetro, apresentam propriedades típicas de cristais fotônicos, um novo material promissor para a manipulação da luz. Como tal, as novas estruturas espalham a luz de uma forma que fornece cor sem o uso de pigmentos ou corantes, conhecido como cor estrutural. Além disso, controlando o tamanho e a forma das partículas na síntese, os pesquisadores podem ajustar o gap fotônico do material para determinar que cor é obtida.

Construído a partir de MOFs, as novas estruturas também apresentam alta porosidade, um recurso que pode ser explorado em aplicativos de detecção. Diferentes substâncias adsorvidas nos poros fazem com que a luz seja refratada em cores diferentes. Esse efeito pode ser ajustado de forma que uma determinada cor indique a presença de uma determinada substância. A capacidade de formar superestruturas 3-D a partir de unidades porosas também abre a porta para aplicações baseadas no alinhamento dos poros em grande escala, por exemplo, para produzir membranas aprimoradas para adsorção de gás e catálise.