Teknologia arloan, material porotsuak lortzeko premia gero eta handiagoa da, beraien propietateak hainbat aplikaziotarako aproposak dira eta. Material horien artean zirkonio-MOFak, 2008. urteaz geroztik, gailendu dira, bai beren sendotasunagatik bai propietate bikainak izateagatik. Zr-MOFen egitura berriek paregabeko aukerak eskaintzen dituzte.
MOFak (ingelesez metal-organic frameworks) ordena handiko material hibrido porotsuak dira, metalez eta estekatzaile organikoz osatutako koordinazio-konposatuen sare hedatuak. Konposatu horietako sare-nodoak ioi metalikoz edo kluster metalikoz osatuta daude. Kluster horiei bigarren mailako eraikin-unitate deritze, edo SBU (ingelesez, secondary building units). Barruko metalaren arabera mota askotako SBUak daude, MOFen eraketan faktore determinatzailea izanik. Nodoen arteko konexioetan estekatzaile organikoak zubi gisa agertzen dira (nagusiki azido karboxilikoak), eta koordinazio-loturen bidez SBUekin lotuta geratzen dira. Antolamendu horren ondorioz porotasun iraunkorra duten sare irekiak sortzen dira, kristalezko esponja molekularrak antzekoak direnak.
Hurrengo analogia hau argigarria izan daiteke. Demagun plastilina bolatxoak eta zotzak ditugula. Bolatxo batean 90 graduko angelua eratuz lau zotz sartuko ditugu eta zotz bakoitzari beste bolatxo bat gehituko dugu. Jarraian bolatxo bakoitean posizio berdinean beste hiru zotz kokatuko ditugu. Hiru dimentsioetan prozedura honi jarraituz, espazioan hedatzen den sare porotsu bat eratuko da, 1.irudian agertzen den moduan. Bolatxoak Zr-klusterrak badira eta zotzak ligando organikoak, horra hor gure Zr-MOFa!
Ikusgarriak dira eskaintzen dizkiguten aukerak bai metalari bai estekatzaile organikoari dagokienez. Hain aldakortasun handiak milaka konposatu sortzeko modua ematen du, eta CSD (Cambridge Structural Database) datu-basean 84000 mila MOFen egiturak agertzen dira. Konposatu horiek porotsuak izan daitezke beren bolumenaren % 90 arte, eta BET (Brunauer-Emmmett-Teller) azalera espezifikoari dagokionez, MOF bat azukre-koskor bat izatekotan sei futbol-zelaiei dagokiena izango litzateke. Harrigarria!
Azken urteotan, MOFen aurrerakuntza horrekin lotuta berezko arazoak ere ageri dira, haien artean ezegonkortasun kimikoa eta termikoa. Hori dela eta, propietate horiek areagotu nahian izugarrizko esfortzuak egin dira eta zientzialariak sendoagoak diren MOFen bila ari dira. Abiapuntua konposatu horietako loturek irmotasuna irabaztea da eta xede horretarako Zr(IV) MOFak baliagarriak izan daitezkeela egiaztatu dute.
Zirkonioak oxidazio-egoera, karga-dentsitatea eta eratzen dituen loturen polarizazioa altua du. Faktore horien ondorioz, Zr(IV)-aren eta karboxilato anioien artean afinitate handia sortzen da.
Zr-MOFen lotura honen sendotasunaren lehendabiziko froga 2008.urtean lortu zen, Osloko unibertsitateko Cavka eta lankideek Zr(IV)-MOFaren sintesi berria argitaratu zutenean. 2. irudian ikusten dira UiO-66, UiO-67 eta UiO-68 deritzen MOFak, guztietan SBU bera agertzen denez, Zr6(µ3–O)4(µ3–OH)4(CO2)12. Konposatu horiek guztiek ohiz kanpoko portaera dute. Beraren agerpenak iraultza bat ekarri zuen ikerkuntza-eremu honetara.
4. irudian azken urteotan izugarrizko garapena izan duten MOFen aplikazio batzuk ageri dira. Nanoteknologia arloan, ere, agertzen ari dira nano-MOF motako konposatuak.
Ikerketa-talde askok Zr-MOFek duten propietateen artean adsortzioarekiko selektibotasuna azpimarratu dute. Adibidez, CO2/CH4 eta CO2/N2 nahasketekin egindako lana, negutegi-efektuan gas horiek duten eraginagatik.
Bestalde, Zr-MOFek basamortuan uraren lorpena ahalbidetu dute. 2018. urtean, Omar Yaghy eta lankideek garatutako gailuan, gaueko aire hezea adsortzioz eta egunean geroko kondentsazioz, 200mL MOF-Kg-tik eskuratu dute.
Azkenik, Zr-MOFak aplikazio biologikoetarako bereziki egokiak dira, bio-bateragarritasun bikaina baitute eta farmakoen askapenean erabiliak dira. Zalantzarik gabe, Zr-MOFak etorkizun handiko materialak dira.
Gehiago jakiteko
- Chen, Zhijie, et al., (2019). Reticular chemistry in the rational synthesis of functional zirconium cluster-based MOFs. Coordination Chemistry Reviews 386 (2019) 32–49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ccr.2019.01.017
- Fathieh, Farhad, et al., (2018). Practical water production from desert air. Science. Advance, 4. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aat3198
Artikuluaren fitxa
- Aldizkaria: Ekaia
- Zenbakia: Ekaia 35
- Artikuluaren izena: Zirkoniozko material porotsu berriak: egitura sendoen bila.
- Laburpena: MOFak (ingelesez metal-organic frameworks) ordena handiko material hibrido porotsuak dira, ioi metalikoz eta estekatzaile organikoz osatutako koordinazio-konposatuen sare hedatuak. Azken urteotan, material porotsuek teknologiaren arloan izan duten interes handiak sustatuta MOF konposatuen aurrerakuntza handia izan da. Hala gertatzeko arrazoien artean berezko ezaugarri eta propietate interesgarriak daude, baita aplikazio ugari eta askotarikoak ere. Aurrerakuntza horrekin lotuta MOFen arazoak ere ageri dira, haien artean ezegonkortasun kimikoa eta termikoa. Hori dela eta, zientzialariok sendoagoak diren MOFen bila ari gara, eta, ildo horri dagokionez, Zr-MOFak adierazgarriak dira beren ohiz kanpoko portaeragatik. Zalantzarik gabe, etorkizun handiko materialak dira.
- Egileak: Luz Fidalgo Mayo.
- Argitaletxea: UPV/EHUko argitalpen zerbitzua.
- ISSN: 0214-9001
- Orrialdeak: 165-183
- DOI: 10.1387/ekaia.19546
Egileez
Luz Fidalgo Mayo UPV/EHUko Farmazia Fakultateko Kimika Ez-Organikoa sailekoa da.
Ekaia aldizkariarekin lankidetzan egindako atala.
