Desenvolupen una potent i innovadora estratègia per sintetitzar nous materials

20/01/2022

En la recerca de nous materials amb excel·lents propietats per a aplicacions específiques, s’han desenvolupat al llarg dels anys estratègies de síntesi que han permès un control cada cop més precís del procés i, en conseqüència, del resultat. A la química reticular s'utilitzen blocs de construcció moleculars específicament dissenyats per crear noves estructures cristal·lines poroses, les propietats de les quals estan fortament relacionades amb la disposició periòdica d'aquests components bàsics. Aquests materials anomenats reticulars inclouen les estructures metal·lo-orgàniques (MOF), les estructures covalents-orgàniques (COF) i els políedres metal·lo-orgànics (MOP).

Un equip de recerca de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), de l’ Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i de la Instal·lació de Llum de Sincrotró ALBA (Barcelona) – coordinat pel Prof. ICREA Daniel Maspoch i el Dr. Inhar Imaz, respectivament cap de grup i investigador sènior del Grup de Nanoquímica i Materials Supramoleculars de l'ICN2— ha portat més enllà l'aproximació al disseny d'estructures emprat a la química reticular, proposant una nova estratègia de síntesi. En el que han anomenat “Clip-off Chemistry”, és a dir “Química de Tall”, es generen nous materials o molècules trencant selectivament alguns enllaços de materials reticulars coneguts. En la recerca han participat els investigadors del Departament de Química de la UAB Sergio Jurado i Félix Busqué.

En un article publicat recentment a Angewandte Chemie, aquests científics i científiques han demostrat la validesa de la seva aproximació, modificant MOFs tridimensionals o MOPs zero-dimensionals mitjançant la ruptura –en lloc de la formació– d'enllaços de la seva arquitectura. Atès que només s'escindeixen els enllaços seleccionats, les estructures resultants presenten una nova topologia i propietats diferents, alhora que conserven la seva dimensionalitat original. Tot i això, perquè aquesta tècnica funcioni, el material reticular precursor ha de tenir grups alquens (que són grups funcionals que contenen un o més enllaços dobles carboni-carboni) escindibles situats en posicions específiques de la seva estructura.

Utilitzant per primera vegada la Química de Tall, els autors d'aquest treball van sintetitzar noves estructures moleculars, partint d'altres ja existents. Per realitzar aquestes síntesis, es van introduir químicament grups alquens escindibles als materials precursors. A la pràctica, es van substituir alguns dels enllaçadors originals per altres de mida i geometria similars que contenien els grups desitjats, és a dir, els enllaços trencables. Després d'un tractament adequat, aquests enllaços es divideixen i el que queda és una estructura reticular formada únicament pels circuits de connexions que no incloïen els grups escindibles (vegeu l'esquema gràfic).

Per tant, es proporciona a la comunitat científica una poderosa eina per crear nous materials i molècules. L'aplicació d'aquesta tècnica a diverses estructures pot conduir a l'enginyeria d'una plètora de nous blocs i estructures moleculars.

Aquesta recerca s'ha dut a terme en el marc del projecte CLIPOFF-CHEM, finançat per una ERC Advanced Grant de la Comissió Europea (acord de subvenció núm. 101019003).

Sobre l’ICN2

L'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) es dedica al desenvolupament de coneixement, materials i dispositius en els amplis camps de la salut, l'energia, el medi ambient i les tecnologies informàtiques i de les comunicacions. La seva experiència rau en la nanoescala, on noves propietats i interaccions, així com formes d'explotar-les en la vida quotidiana, es descobreixen constantment. Entre els seus objectius es troba reunir a personal científic amb competències diverses en la recerca d'una millor ciència, una millor formació i un major impacte en la societat, alhora que explora noves formes d'interactuar amb la indústria local i global.

L'institut va ser acreditat com a Centre d'Excel·lència Severo Ochoa el 2014 i el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades va renovar aquest guardó el 2018. Entre els seus patrons es troben la Generalitat de Catalunya, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) i la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), on se situa l'institut. L’ICN2 és un centre CERCA i també un dels membres fundadors del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) i del Graphene Flagship europeu.


Article de referència:

Yunhui Yang, Anna Broto-Ribas, Borja Ortín-Rubio, Inhar Imaz, Felipe Gándara, Arnau Carné-Sánchez, Vincent Guillerm, Sergio Jurado, Félix Busqué, Judith Juanhuix, Daniel Maspoch, Clip-off Chemistry: Synthesis by Programmed Disassembly of Reticular Materials. Angewandte Chemie, November 2021. DOI: 10.1002/anie.202111228