Figura 1. A estrutura do Cu3 (TABTO) 2-MOF (carbono, azoto, oxigênio, hidrogênio, e os átomos de cobre são cinza, azul, vermelho, Branco, e roxo, respectivamente). Crédito:Institute for Basic Science
Estruturas metal-orgânicas, ou MOFs, são compostos de íons metálicos periodicamente rodeados por moléculas de ponte orgânicas, e essas estruturas cristalinas híbridas apresentam uma estrutura oca em forma de gaiola. Este motivo de estrutura única oferece grande potencial para uma gama de aplicações em armazenamento de energia, transformações químicas, optoeletrônica, detecção quimiossistiva, e (foto) eletrocatálise, entre outros. Estreou no início de 2000, MOFs são um nanomaterial fascinante. Embora vários aplicativos explorem MOFs, pouco se sabe sobre como o oxigênio pode atuar na síntese de MOFs.
Liderado pelo Diretor Rodney S. Ruoff e o químico sênior Dr. Yi Jiang, químicos do Centro de Materiais Multidimensionais de Carbono (CMCM) do Instituto de Ciências Básicas (IBS) localizado no Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan (UNIST) em colaboração com seus colegas da UNIST e da Universidade Sungkyunkwan (SKKU) identificaram como o oxigênio afeta a síntese de um novo MOF; cobre 1, 3, 5-triamino-2, 4, Estrutura orgânica de metal 6-benznetriol [Cu 3 (TABTO) 2 -MOF]. Suas descobertas foram publicadas em um artigo recente no Jornal da American Chemical Society .
"Uma vez que ligantes redox ativos orgânicos são geralmente sensíveis ao oxigênio, a presença de oxigênio não é favorecida em muitas reações orgânicas. Contudo, o oxigênio pode ser útil para a síntese de alguns MOFs baseados em ligante redox ativo, mas muitos químicos não perceberam isso, "observa o Dr. Yi Jiang, o primeiro autor do estudo. Os pesquisadores sintetizaram um conjugado 2-D tipo MX2Y2 (M =metal, X, S =N, S, O, e X ≠ Y) Cu 3 (TABTO) 2 -MOF com base em um ligante redox ativo (1, 3, 5-triamino-2, 4, 6-benzenotriol). O papel do oxigênio na síntese deste MOF foi identificado comparando os resultados de experimentos em ar e gás inerte (argônio):Cu puro 3 (TABTO) 2 -MOF foi produzido na presença de oxigênio, mas o Cu 3 (TABTO) 2 -MOF junto com cobre metálico foi formado na ausência de oxigênio. Dr. Jiang acrescenta, "Nosso estudo sugere que o oxigênio impede que esses ligantes reduzam os íons Cu (I e II) para o metal Cu, facilitando a síntese de um MOF puro. "
Eles também revelaram que Cu 3 (TABTO) 2 -MOF tornou-se eletricamente condutivo após ser quimicamente oxidado pelo iodo devido à formação de CuI e transportadores. É originalmente um isolante quase sem condutividade elétrica. O dopagem com iodo gera 0,78 siemens por centímetro de condutividade elétrica no Cu 3 (TABTO) 2 -Pellet MOF que foi sintetizado no ar. Outros experimentos e análises encontraram as características metálicas dos materiais.
Modelar a estrutura por meio de cálculos detalhados da teoria funcional da densidade (DFT), os pesquisadores também estudaram experimentalmente a estrutura deste MOF 2-D por meio de difração de raios-X, refletância difusa UV-vis, Fotoelétron de raios-X, ressonância paramagnética de elétrons, e espectroscopias Raman.
"Nosso trabalho contribuiu para uma compreensão fundamental do papel do oxigênio na síntese de MOFs baseados em ligantes redox ativos, e deve inspirar a comunidade a prestar mais atenção ao papel que o oxigênio pode desempenhar na síntese de MOFs baseados em ligantes redox-ativos, "diz o diretor Rodney S. Ruoff, o autor correspondente do estudo. Dr. Jiang explica ainda, "A maioria dos trabalhos neste campo se concentrou na síntese do tipo MX4 (M =metal, X =N, O, ou S) MOFs com base em ligantes redox-ativos. A síntese de novos MOFs condutores de eletricidade que não sejam do tipo MX4 é um trabalho desafiador e significativo. Tanto o Cu sintetizado quanto o dopado com iodo 3 (TABTO) 2 -MOFs podem ser úteis em aplicações relacionadas à catálise e energia. "
