Känd för sin exceptionella porositet som möjliggör infångning eller transport av molekyler, metallorganiska ramverk (MOF) har formen av ett pulver, vilket gör dem svåra att formatera. För första gången, ett internationellt team som leds av forskare från Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech) har bevisat den överraskande förmågan hos en typ av MOF att behålla sina porösa egenskaper i vätske- och därefter glasstatus. Publicerad idag i Naturmaterial , dessa fynd öppnar vägen mot nya industriella tillämpningar.

Metallorganiska ramverk (MOF) utgör en särskilt lovande materialklass. Deras exceptionella porositet gör det möjligt att lagra och separera stora mängder gas, eller att fungera som en katalysator för kemiska reaktioner. Dock, deras kristallina struktur innebär att de produceras i pulverform, som är svår att lagra och använda för industriella applikationer. För första gången, ett team av forskare från CNRS, Chimie ParisTech, Cambridge universitetet, Air Liquide och ISIS (UK) och Argonne (US) synkrotroner har visat att egenskaperna hos en zeolitisk MOF oväntat bevarades i vätskefasen (vilket i allmänhet inte gynnar porositet). Sedan, efter kylning och stelning, det erhållna glaset antog en störning, icke-kristallin struktur som också bibehöll samma egenskaper när det gäller porositet. Dessa resultat gör det möjligt att forma och använda dessa material mycket mer effektivt än i pulverform.

För att uppnå detta, forskarna använde neutrondiffraktion och röntgenstrålar för att observera strukturen på MOF efter smältning, när det var i vätskefasen. De korrelerade dessa data med molekylära simuleringar som reproducerade samma temperaturförhållanden som de som applicerades på MOF under smältning. Kombinationen av de två metoderna gjorde det möjligt för dem att beskriva de strukturella förändringar som påverkade materialet när det gick in i vätskefasen och sedan stelnade igen. De lyckades därmed demonstrera en atypisk mekanism. MOF som studerades bestod av pyramidala molekylära ramverk, var och en består av en zinkatom omgiven av fyra cykliska, organiska molekyler som kallas imidazolater. Vid smältning, energin som genereras av temperaturstegringen kunde bryta länken mellan ett imidazolat och zink, på så sätt förstör det pyramidala ramverket. Det resulterande utrymmet upptogs sedan av en annan imidazolatcykel som släpptes av ett angränsande ramverk för att återskapa den ursprungliga strukturen. Det är dessa molekylära utbyten mellan komplexa strukturer som gav MOF dess flytande karaktär.

När det gäller just denna MOF, porositet berodde på förekomsten av luckor mellan de pyramidala strukturerna som kunde fyllas av gaser. Eftersom MOF behöll samma pyramidala struktur i flytande tillstånd, dess porositet bibehölls således. Förutom denna MOF:s förmåga att behålla sina egenskaper efter smältning, denna studie beskriver fallet med en porös vätska, mycket få av dem finns i litteraturen.