Materiais que contêm vários elementos de metal são importantes para várias aplicações, pois a combinação de diferentes cátions de metal fornece propriedades novas ou aprimoradas, que não pode ser obtido com o uso de apenas um metal. Um estudo recente envolvendo experimentos de difração de nêutrons permitiu o desenvolvimento de uma nova estratégia geral para produzir materiais complexos com arranjos de cátions metálicos que podem ser controlados virtualmente sob demanda para as aplicações desejadas; um resultado que será de grande importância em vários campos.

A preparação de materiais complexos com estruturas compostas por vários cátions metálicos ocupando locais específicos é uma tarefa desafiadora, uma vez que envolve abordar simultaneamente a incorporação de diferentes elementos em posições exatas. Contudo, esses materiais multimetais são importantes em vários campos diferentes, como a combinação de cátions metálicos fornece propriedades novas ou aprimoradas; algo que não pode ser alcançado com o uso de apenas um metal.

Uma aplicação frequente de óxidos e sais de metais mistos está sendo usado como materiais de ânodo em baterias, devido à supercondutividade demonstrada por várias famílias de multimetais cujas estruturas são compostas por vários cátions combinados. Outras aplicações incluem óxidos metálicos dopados sendo usados ​​em dispositivos ópticos e óxidos metálicos mistos sendo catalisadores na transformação química chave. Contudo, o uso de materiais multimetais para essas aplicações não é fácil; Sintetizar novos materiais com estruturas onde a disposição dos elementos metálicos é altamente controlável ainda permanece um desafio. Na verdade, o controle sobre a disposição dos elementos na maioria dos materiais multimetais existentes foi limitado ou mesmo inexistente até o momento. Além disso, existem limitações quanto à quantidade e natureza dos elementos que podem ser combinados dentro de uma estrutura.

Uma classe de materiais cristalinos, estruturas metal-orgânicas (MOFs), são compostos por uma combinação de aglomerados de metal chamados unidades de construção secundárias (SBUs) e ligantes orgânicos. Embora os MOFs sejam construídos com apenas um cátion de metal tradicionalmente, eles demonstraram recentemente a capacidade de incorporar vários elementos de metal em uma única estrutura de cristal. Contudo, tem havido uma falta de controle fundamental sobre a disposição dos elementos metálicos usados ​​na maioria dos sistemas relatados até o momento.

Um estudo recente conduzido por uma colaboração internacional de institutos de pesquisa (Institut Laue-Langevin (ILL), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid e Instituto de Ciencia de Materiales de Aragon (ambos institutos do Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha), IMDEA Energy Institute (ICMA) e Complutense University of Madrid) relataram como é possível usar um MOF construído com um SBU inorgânico em forma de haste para combinar vários elementos de metal em posições precisas. Isso resulta em materiais com um arranjo de cátions metálicos que podem ser controlados em escalas atômicas e mesoscópicas.

Um estudo de difração de pó de nêutrons conduzido no ILL revelou vários arranjos atômicos possíveis dos cátions metálicos dentro das SBUs. Os resultados deste trabalho fornecem uma nova estratégia geral para produzir materiais multimetais complexos com arranjos de cátions metálicos que podem ser controlados virtualmente sob demanda para várias aplicações desejadas. Dadas as propriedades dos materiais são ditadas por sua composição e estruturas atômicas e mesoscópicas precisas, essas descobertas serão de grande relevância e importância em vários campos.

Dra. Ines Puente Orench, Cientista do ILL e co-autor deste estudo diz:"Nêutrons, e, especificamente, o multidetector de alta resolução D2B e o difratômetro de pó de alta intensidade D1B no ILL, foram essenciais neste estudo, pois nos permitiram observar as localizações precisas dos elementos metálicos na estrutura cristalográfica. Essas observações não poderiam ter sido feitas com qualquer outra técnica, pois eles não teriam permitido que os diferentes elementos de metal fossem distinguidos. Considerando o grande número de MOFs existentes compostos por vários SBUs, este método será generalizado para preparar novos materiais com composições adequadas para certas aplicações onde vários cátions metálicos podem ser dispostos nas posições atômicas desejadas e precisas. "