La introducción de moléculas en materiales no porosos abre la vía a nuevos sensores

Investigadores del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València, en el Parc Científic, han dado con la clave para introducir moléculas de gas en materiales no porosos, permitiendo que dichos materiales actúen como sensores moleculares. Este hallazgo hace posible la fabricación de sensores mucho más precisos y versátiles, ya que, a la respuesta óptica para la detección de moléculas, se suma la respuesta magnética, una capacidad hasta hoy inexistente para este tipo de materiales cristalinos.

El trabajo, que forma parte de la tesis doctoral de Mónica Giménez Márquez, codirigida por Guillermo Mínguez y Eugenio Coronado –todos ellos investigadores del ICMol– , se ha publicado esta semana en la revista Nature Communications.

Los materiales inteligentes responden a estímulos externos como la luz, la presión, la temperatura o la humedad para cambiar sus propiedades. Este cambio en las propiedades puede aprovecharse para utilizar estos materiales como sensores. Así, por ejemplo, en los últimos años se han diseñado materiales porosos de naturaleza metal-orgánica (MOFs) que cambian sus propiedades al alojar moléculas de gas en sus poros. Esta característica ha posibilitado que estos materiales porosos puedan ser utilizados como sensores moleculares.

Sin embargo, y a pesar de que los materiales magnéticos son ejemplos excelentes de materiales inteligentes, por el momento éstos no se han podido utilizar para desarrollar esta aplicación. La razón estriba en que el magnetismo y porosidad son dos propiedades antagónicas: la primera requiere la ausencia de poros para que los centros metálicos se encuentren cercanos y puedan interaccionar, mientras que la segunda requiere de espaciadores orgánicos que separen los centros metálicos y generen los poros.

Los autores de este trabajo han demostrado que es posible modular las propiedades magnéticas mediante un estímulo químico en ausencia de poros, soslayando así el problema de combinar magnetismo y adsorción de gases. El estudio muestra cómo el magnetismo de un material no poroso basado en el ión magnético cobre (II) cambia drásticamente tras la quimisorción de moléculas gaseosas de ácido clorhídrico (HCl).

Al exponer este sólido metal-orgánico no poroso a vapores de HCl, estas moléculas se incorporan enla red cristalina mediante ruptura y formación de enlaces, pudiendo ser eliminadas posteriormente. A pesar de los numerosos cambios estructurales que tienen lugar, la cristalinidad se mantiene, lo que permite entender el proceso de captura y emisión de moléculas de HCl.