Els defectes, lluny de ser imperfeccions indesitjables, poden ser una poderosa eina per a modificar i millorar les propietats d’un material. En camps com la catàlisi, l’emmagatzematge d’energia o la separació de gasos, introduir “vacants” o buits a escala atòmica permet crear materials més reactius, selectius o funcionals. El repte està a controlar aqueixos defectes de manera precisa i reproduïble.

L’estudi se centra en les anomenades xarxes metal·loorgàniques (MOF), una família de materials porosos formats per ions metàl·lics enllaçats mitjançant molècules orgàniques. Gràcies a la seua estructura altament ordenada i modulable, els MOF són candidats ideals per a aplicacions en química sostenible, sensors o catàlisis.

Tradicionalment, els defectes en aquests materials s’introdueixen en dissolució, tot aprofitant que els enllaços entre els components poden trencar-se i reformar-se. No obstant això, aquest enfocament té limitacions: els defectes poden “autoreparar-se”, apareixen de forma poc controlada i requereixen l’ús de dissolvents i/o agents químics addicionals.

Calor en lloc de dissolvents

La proposta de l’equip liderat pels investigadors Víctor Rubio Giménez, Sergio Tatay i Carlos Martí Gastaldo del grup FUNIMAT (Functional Inorganic Materials) de l’ICMol és radicalment diferent. En lloc de treballar en dissolució, s’utilitza únicament calor per a eliminar selectivament part de les molècules orgàniques que mantenen unit el material. Aquestes molècules, neutres i volàtils, passen a estat gasós en calfar-les i deixen arrere buits perfectament definits en l’estructura cristal·lina.

Aquest procés es duu a terme amb un equip habitual en molts laboratoris, un analitzador termogravimètric, i permet ajustar amb gran precisió quantes d’aquestes molècules volàtils s’eliminen. D’aquesta manera, els investigadors poden controlar el nombre de defectes generats, des de valors molt baixos fins a l’eliminació total d’aquests enllaços de manera reproduïble i sense necessitat de dissolvents.

Un dels resultats més destacats del treball és que els buits creats donen lloc a centres metàl·lics “oberts”, és a dir, àtoms de ferro que queden parcialment coordinats però amb un estat d’oxidació +2 que continua sent estable fins i tot en contacte amb l’aire. Aquests centres poden actuar com a llocs catalítics actius, capaços d’accelerar reaccions químiques.

A més, la presència de defectes modifica però no destrueix totalment les propietats físiques d’interès del material original, com ara la porositat i el comportament magnètic, amb la qual cosa demostren la viabilitat d’aquesta estratègia.

Cap a una química de materials més sostenible

En aquest context, Sonia Martínez Giménez, primera autora d’aquest article, destaca que “l’interès d’aquest mètode està en el fet que permet modular les propietats del material de forma molt controlada, però evitant l’ús de dissolvents i processos químics addicionals”, la qual cosa suposa un avanç tant des del punt de vista del disseny de materials com de la sostenibilitat del procés. Aquesta estratègia podria estendre’s a uns altres MOF i xarxes moleculars i oferir així una nova via per a obtenir materials amb propietats ajustades a mida per a aplicacions energètiques, industrials o mediambientals.

El treball reforça el paper de l’Institut de Ciència Molecular de la Universitat de València com a referent internacional en el disseny racional de materials funcionals i en el desenvolupament de noves estratègies per a una ciència més eficient i sostenible.

Referència article: S. Martínez-Giménez, A. Orellana-Silla, M. Galbiati, et al. “Solvent-Free Thermal Defect Engineering in Molecular Frameworks With Volatile Linkers.” Adv. Mater. (2025): e11250. https://doi.org/10.1002/adma.202511250