Imagens tiradas com um microscópio de força atômica permitiram aos pesquisadores observar, pela primeira vez, as mudanças flexíveis e dinâmicas que ocorrem nas superfícies dos cristais de 'polímero de coordenação poroso' quando as moléculas convidadas são introduzidas. As evidências, publicado no jornal Química da Natureza , têm implicações para as investigações de materiais que podem ser usados ​​para armazenar e detectar moléculas.

"Ficamos surpresos ao descobrir que a superfície do polímero de coordenação porosa é excepcionalmente flexível e constantemente flutuando em solução, "diz Nobuhiko Hosono, do Instituto de Ciências Integradas de Material Celular (iCeMS) da Universidade de Kyoto, "ao contrário da percepção comum de que o cristal é duro e imóvel."

Polímeros de coordenação porosos são materiais cristalinos que se formam pela automontagem de íons metálicos e moléculas de ligação orgânicas chamadas ligantes. Eles estão atualmente sendo investigados por cientistas de materiais devido à sua capacidade de alterar sua estrutura quando outras moléculas são introduzidas a eles ou quando são expostos a certos estímulos externos, sem perder sua cristalinidade. Esta propriedade os torna atraentes para o desenvolvimento de dispositivos que podem adsorver moléculas de gás seletivamente e, assim, filtrá-los ou armazená-los, como armazenar hidrogênio para energia.

Embora os pesquisadores estejam cientes de que algumas estruturas cristalinas mudam quando expostas a certas moléculas, eles ainda não tinham sido capazes de observar essas mudanças em tempo real. Ver o que realmente acontece pode permitir estudos adicionais sobre o controle desses materiais.

pesquisadores iCeMS, incluindo Nobuhiko Hosono e Susumu Kitagawa, usaram microscopia de força atômica para observar as mudanças que aconteceram na superfície de um polímero de coordenação poroso monocristalino, feito de aglomerados de zinco e dois tipos de ligantes, quando as moléculas hóspedes bifenila foram introduzidas.

O microscópio de força atômica é formado por uma pequena sonda no final de um cantilever. Os movimentos da sonda sobre a superfície de um material são registrados, fornecendo uma imagem da topografia do material.

A superfície do cristal de polímero de coordenação foi primeiro examinada em solução sob condições estáveis. As redes metal-orgânicas na superfície eram de forma tetragonal. Uma solução de bifenil foi então adicionada ao cristal com uma concentração gradualmente crescente. As imagens foram tiradas a cada 13 segundos. A equipe descobriu que a estrutura mudou para uma forma rômbica em dez minutos, pois a concentração de bifenil atingiu um máximo de 500 milimoles / litro de solução devido à combinação da molécula com a superfície cristalina. A diminuição da concentração leva à remoção do bifenil da superfície do material e um rápido retorno das formas tetragonais das redes.

Estudos posteriores mostraram que as mudanças na superfície mal afetaram o resto da estrutura do cristal.

A natureza altamente responsiva da superfície do polímero de coordenação porosa, capturado em grande detalhe, fornece uma visão que pode ajudar a orientar o desenvolvimento de materiais responsivos, os pesquisadores escrevem em seu artigo.