A microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução e baixa dose permite identificar várias estruturas defeituosas em um material de estrutura metal-orgânico e revela seus papéis importantes em aplicações catalíticas. Crédito:KAUST / Xavier Pita
Cristais perfeitos não são necessariamente os mais úteis. Defeitos na estrutura cristalina ordenada de estruturas metal-orgânicas (MOFs) podem adaptar esses materiais versáteis para aplicações específicas. Os pesquisadores da KAUST já desenvolveram um método pioneiro de imagem dos defeitos por meio de microscopia eletrônica de transmissão. Eles agora relatam que a criação de defeitos específicos, visualizando-os, e investigar seus efeitos químicos leva a exploração de MOFs a novos níveis de detalhe e controle.
MOFs contêm clusters metálicos regularmente espaçados conectados por grupos de ligantes orgânicos à base de carbono. A variação dos metais nos aglomerados e da estrutura dos ligantes cria uma enorme diversidade de MOFs com várias redes de poros e diferentes propriedades químicas. Duas das principais aplicações de MOFs que estão sendo desenvolvidas são para uso como catalisadores e como materiais de adsorção e separação de gás altamente seletivos.
MOFs são uma das áreas mais quentes da pesquisa química, e os cientistas da KAUST estão trabalhando arduamente para permanecer na vanguarda. O mais recente avanço baseia-se em um longo registro de descobertas e envolveu três centros de pesquisa KAUST, os laboratórios e colaboradores KAUST Core na China e no Reino Unido.
"A maior surpresa que estamos revelando é que existem diversos defeitos em quase todos os MOFs, mesmo aqueles que antes eram considerados perfeitos, "diz o pesquisador, Yu Han do Centro de Membranas Avançadas e Materiais Porosos da KAUST.
Han explica que investigar os defeitos é um desafio porque os cristais MOF são frágeis e facilmente danificados pelos feixes de elétrons usados na microscopia eletrônica convencional. A equipe KAUST superou esse problema usando uma câmera de contagem de elétrons altamente sensível, combinado com um conjunto de métodos de processamento de imagem especialmente projetados.
(Topo) Imagem TEM de alta resolução processada (topo), mostrando a coexistência de várias estruturas defeituosas em MOF UiO-66. (Abaixo) Modelos cristalográficos de três tipos de defeitos identificados no MOF UiO-66. Crédito:KAUST
Esta nova capacidade de perscrutar diretamente em um MOF em um alto nível de resolução revela que dois tipos de defeitos podem coexistir, devido à ausência de clusters metálicos e ligantes ausentes. "Esses detalhes não podiam ser vistos antes do nosso trabalho, "diz Han.
Os pesquisadores também exploraram a criação de defeitos em MOFs com tratamento químico e monitoramento de como o padrão de defeitos se desenvolve. Isso demonstra o potencial para ajustar os defeitos para manipular as propriedades químicas de um MOF.
A equipe KAUST demonstrou o poder dessa estratégia descobrindo que um MOF específico com defeitos de cluster ausentes é mais cataliticamente ativo do que um com defeitos de linker ausentes.
Os pesquisadores agora estão trabalhando para refinar ainda mais sua técnica de imagem e aplicá-la a cristais maiores. "Esperamos divulgar mais incógnitas sobre os MOFs para otimizar seus aplicativos, "diz Han.
