Cristales porosos detectan el óxido nítrico
Detección ultrasensible de NO mediante un marco metal-orgánico 2D conductor
La detección de óxido nítrico (NO) es importante para controlar la calidad del aire porque el NO liberado en la combustión de combustibles fósiles contribuye a la lluvia ácida y al smog. En medicina, el NO es una importante molécula mensajera y sirve como biomarcador del asma. Un equipo de investigadores publica ahora en la revista Angewandte Chemie un material capaz de detectar el NO de forma reversible, con bajo consumo y alta sensibilidad y selectividad: un marco metalorgánico bidimensional que contiene cobre y es conductor de la electricidad.
© Wiley-VCH
Los marcos metalorgánicos (MOF) son estructuras reticulares formadas por "nodos" metálicos conectados por puentes orgánicos (ligandos). Una clase emergente de MOF son estructuras conductoras de la electricidad formadas por capas. Estos 2D-cMOF han demostrado un gran potencial como sensores quimiresistivos que reaccionan a la presencia de moléculas específicas con un cambio en su resistencia eléctrica, lo que puede permitir una detección especialmente sensible y de bajo consumo de gases tóxicos. Los problemas de estos sistemas han sido la reactividad cruzada con diversos gases y la reutilización limitada debido a la unión irreversible de los analitos.
Katherine A. Mirica, Christopher H. Hendon y su equipo del Dartmouth College (Hanover, NH, EE.UU.), la Universidad de Oregón (Eugene, OR/EE.UU.) y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (Corea del Sur) han desarrollado un 2D-cMOF reutilizable para la detección altamente selectiva de NO. Optaron por utilizar un 2D-cMOF basado en cobre y hexaiminobenceno, Cu3(HIB)2. Gracias a su diferente estrategia sintética (el enlazador se añadió como polvo no disuelto a una solución de iones Cu2+ y acetato potásico), el equipo produjo un material con una cristalinidad significativamente mayor (cristalitos en forma de varilla de unos 500 nm de longitud) que la alcanzada anteriormente.
Los cristalitos consisten en capas apiladas de una estructura en forma de red de anillos de seis miembros unidos por iones de cobre ligados a sus átomos de nitrógeno. Los análisis espectrométricos y los cálculos revelaron que los sitios de unión para el NO eran las unidades Cu-bis(iminobenzosemiquinona) de los cobre-2D-cMOF. Un compuesto análogo fabricado con níquel en lugar de cobre no mostró una absorción significativa de NO. Evidentemente, los iones de cobre con una sola carga positiva, que están presentes en pequeñas cantidades en la estructura además de los que tienen una doble carga positiva, desempeñan un papel importante en la adsorción de NO. Los estudios computacionales sugieren que el NO adsorbido distorsiona significativamente la estructura, desestabilizando el estado ligado, lo que es la causa principal de la deseable reversibilidad de la adsorción de NO.
Este nuevo material sensor detecta NO a temperatura ambiente y bajo voltaje (0,1 V) con alta sensibilidad (límite de detección de aproximadamente 1,8 ppb) y puede reutilizarse durante al menos siete ciclos sin regeneración. Las mediciones cuantitativas de NO también resultaron satisfactorias en presencia de humedad, y mostraron un elevado aumento de la señal del sensor hacia el NO en comparación con otros gases, como el dióxido de nitrógeno, el sulfuro de hidrógeno, el dióxido de azufre, el amoníaco y el monóxido y dióxido de carbono.
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Publicación original
Hyuk‐Jun Noh, Doran L. Pennington, Jeong‐Min Seo, Evan Cline, Georganna Benedetto, Jong‐Beom Baek, Christopher H. Hendon, Katherine A. Mirica; "Reversible and Ultrasensitive Detection of Nitric Oxide Using a Conductive Two‐Dimensional Metal–Organic Framework"; Angewandte Chemie International Edition, 2024-12-2
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