Fluctuaciones moleculares en la mezcla de metales MOF-74: influencia de la composición del metal

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• Espectroscopia

Sus antecedentes:

• Las estructuras metálicas orgánicas (MOF) son materiales porosos cristalinos con propiedades sintonizables.
• MOF-74, una clase específica de MOF, exhibe una estructura única susceptible de estudiar la dinámica de la molécula invitada o el marco.
• La espectroscopia dieléctrica es una técnica poderosa para sondear el movimiento molecular y los procesos de relajación en los materiales.

Objetivo del estudio:

• Para investigar los procesos dinámicos dentro de M-MOF-74 y MM-MOF-74 (M = Mg, Co, Ni) mediante espectroscopia dieléctrica de banda ancha (BDS).
• Aclarar la naturaleza de los procesos de relajación observados y su relación con la estructura del marco y la composición metálica.

Principales métodos:

• Síntesis de M-MOF-74 (Mg, Co, Ni) y de la mezcla de metales MM-MOF-74 (Mg/Co, Mg/Ni).
• Mediciones por espectroscopia dieléctrica de banda ancha (BDS) en un amplio rango de temperaturas.
• Análisis de espectros dieléctricos para identificar y caracterizar los procesos de relajación.
• Correlación de los hallazgos experimentales con las simulaciones numéricas de la dinámica del MOF-74.

Principales resultados:

• Se observaron al menos dos procesos de relajación distintos (proceso A, B y C) en los espectros dieléctricos.
• El proceso A, atribuido a las fluctuaciones de los ángulos de los óxidos metálicos, era específico de los MOF que contienen Ni.
• Los procesos-B y -C se observaron en la mayoría de los MOF, con el proceso-B ausente en Ni-MOF-74.
• El proceso B estaba vinculado a las fluctuaciones del enlace (movimiento hacia adentro / hacia afuera), mientras que el proceso C involucraba la rotación del enlace y la co-rotación del nodo metálico.
• La energía de activación del Proceso-C mostró una dependencia de la composición metálica, correlacionada con las longitudes de enlace metal-enlace.

Conclusiones:

• El estudio caracterizó con éxito los procesos dinámicos en los materiales MOF-74 utilizando espectroscopia dieléctrica.
• Se asignaron procesos de relajación específicos a movimientos moleculares distintos dentro del marco, incluida la dinámica del enlace y el nodo metálico.
• Los hallazgos destacan la influencia de la composición metálica en el comportamiento dinámico de los MOF.