Materiales artificiales que imitan estructuras complejas de la naturaleza

materiales artificiales UCM y CSIC
Imagen de uno de los materiales formados por cadenas helicoidales

La repetición controlada de fragmentos, tal como ocurre en el caso del ADN, es la clave para que la naturaleza pueda crear las estructuras complejas que, a su vez, son la base para que los sistemas biológicos desarrollen su funcionalidad. El diseño de nuevos materiales avanzados busca lograr una complejidad que se asemeje a los sistemas naturales para mejorar sus propiedades.

En este sentido, investigadores del CSIC y la Universidad Complutense de Madrid (UCM), han creado materiales complejos, conocidos como redes metal-orgánicas con una estructura ordenada capaz de incorporar múltiples elementos metálicos en las que diferentes secuencias de cationes metálicos pueden ser obtenidas de manera controlada y, por tanto, a demanda. El trabajo ha sido publicado en la revista Science Advances y su importancia radica en que, hasta ahora, era casi imposible controlar e incluso determinar la forma en que se mezclan y ordenan los distintos elementos dentro de las estructuras.

Las propiedades de estos materiales complejos dependen en gran medida de los elementos metálicos que contienen, así como su distribución en la estructura. Los investigadores han determinado la presencia de diferentes caminos efectivos de super-intercambio magnético que pueden dar lugar tanto a diferentes interacciones. Así, la capacidad para controlar la secuencia de cationes metálicos dentro de dichas cadenas permite activar o bloquear un determinado camino de super-intercambio magnético con objeto de desarrollar una interacción magnética específica dentro de tales cadenas.

Aplicaciones muy variadas

Regino Sáez, profesor de Química Inorgánica de la UCM y coautor del trabajo, ha explicado que las aplicaciones de estas redes metal-orgánicas “son muy variadas gracias a que son materiales muy versátiles en su composición y estructura”. Sus usos más destacados son “como catalizadores  heterogéneos para distintas transformaciones químicas, por ejemplo en la fabricación de precursores de fármacos, o en la transformación de dióxido de carbono.”

En opinión de Sáez, este trabajo supone “un avance en cuanto a que demuestra la posibilidad de preparar materiales formados por la combinación de múltiples elementos metálicos, controlando su disposición atómica. Muchos materiales de importancia tecnológica incluyen varios elementos metálicos en su composición, pero hasta ahora no era posible controlar la disposición de los metales dentro de sus estructuras a este nivel”. Se trata, ha incidido, de “un salto en complejidad al poder introducir combinaciones de elementos de una forma secuenciada, y a demanda”.

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