El rico polimorfismo de un marco metálico-orgánico en el espacio de presión-temperatura

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La cristalografía
• Química

Sus antecedentes:

• Las estructuras metal-orgánicas (MOF) presentan diversas estructuras y propiedades.
• La comprensión de la estabilidad de fase de MOF en condiciones extremas es crucial para sus aplicaciones.
• ZIF-4 (Zn ((imidazolato) 2) es un MOF bien estudiado con potencial para varias aplicaciones.

Objetivo del estudio:

• Investigar la estabilidad de fase y el polimorfismo de ZIF-4 bajo alta presión y alta temperatura simultáneas.
• Construir un diagrama de fase presión-temperatura para el ZIF-4.
• Para dilucidar las estructuras cristalinas de nuevas fases de alta presión y alta temperatura de ZIF-4.

Principales métodos:

• Se utilizó difracción de rayos X en polvo in situ (PXRD) para el estudio de ZIF-4.
• Los experimentos se llevaron a cabo simultáneamente a altas presiones (hasta 8 GPa) y altas temperaturas (hasta 600 °C).
• Se utilizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para evaluar la energía total de una nueva fase.

Principales resultados:

• Se estableció un complejo diagrama de fase presión-temperatura para ZIF-4, revelando cuatro nuevas fases de alta presión y alta temperatura.
• Las estructuras cristalinas de dos nuevas fases, ZIF-4-cp-II y ZIF-hPT-II, se resolvieron utilizando datos de PXRD.
• ZIF-hPT-II, isostructural con Cd (imidazolato) 2 y Hg (imidazolato) 2, ha demostrado una notable estabilidad en condiciones extremas.

Conclusiones:

• El estudio revela un comportamiento de fase significativamente más complejo de ZIF-4 en comparación con ZIFs relacionados como ZIF-62.
• Los hallazgos demuestran la utilidad de la combinación de alta presión y temperatura en la exploración de paisajes energéticos complejos de MOF.
• Las fases descubiertas y sus propiedades ofrecen nuevos conocimientos sobre la diversidad estructural y la estabilidad de los MOF.