Sonde magnetiche leggono la chimica nei pori dei COF, in laboratorio

All'interno di un cristallo poroso i cui pori sono larghi solo pochi nanometri, nessuno strumento ottico riesce a vedere cosa succede. All'Università Martin Lutero di Halle-Wittenberg (MLU) i dottorandi Simona Bassoli e Sebastian Michler hanno trovato un altro modo per osservare: aggiungono minuscole sonde magnetiche ai pori e leggono come rispondono. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Small ed è ancora a livello di laboratorio.

I materiali in questione sono le strutture organiche covalenti, o COF: composti porosi e cristallini, i cui pori regolari li rendono utili per filtrare gli inquinanti dall'acqua o per fare da catalizzatori nelle reazioni chimiche. Prima di poterli usare, l'ambiente chimico all'interno dei pori va regolato con finezza, e questo richiede di misurarlo con precisione. Il metodo standard misura quante molecole di azoto si adsorbono nei pori a circa -196 °C. A quella temperatura ogni movimento molecolare si congela. Il risultato è un'istantanea che non dice nulla sulle interazioni chimiche.

Il team di Halle sostituisce l'azoto con un particolare tipo di sonda magnetica che si scioglie in acqua a temperatura ambiente. Stimolate da microonde all'interno di un forte campo magnetico, le sonde restituiscono un segnale di risposta, letto con una tecnica chiamata spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR). Il principio è semplice: quando una sonda tocca una parete del poro, il suo segnale cambia. Quel segnale indica quante sonde sono legate all'interno dei pori, quanto sono concentrate, il tipo di legame che le tiene alla parete e se le catene molecolari che rivestono i pori attirano l'acqua (idrofile) o la respingono (idrofobe).

Per verificare che il metodo rilevi davvero differenze chimiche, il team ha realizzato due varianti di COF con pori contrastanti: una con catene che attirano l'acqua e una con catene che la respingono. Il metodo integra le tecniche analitiche consolidate, perché fornisce informazioni diverse sullo stesso materiale. Non sono ancora stati pubblicati dati di precisione.

Per i laboratori che progettano materiali porosi, il vantaggio è poter verificare che cosa fa davvero un poro prima di usarlo per la filtrazione o la catalisi. Il team non ha fornito una tempistica. I prossimi passi sono stabilire se le sonde possano rivelare altre proprietà dei materiali e se l'approccio funzioni su altri materiali porosi. Fino a quando queste domande non avranno risposta, il metodo resta uno strumento di ricerca.