Materialen die meerdere metalen elementen bevatten, zijn belangrijk voor verschillende toepassingen, omdat de combinatie van verschillende metaalkationen nieuwe of verbeterde eigenschappen biedt, die niet kan worden verkregen door het gebruik van slechts één metaal. Een recent onderzoek met neutronendiffractie-experimenten heeft de ontwikkeling mogelijk gemaakt van een nieuwe algemene strategie om complexe materialen te produceren met metaalkation-rangschikkingen die op aanvraag virtueel kunnen worden gecontroleerd voor gewenste toepassingen; een resultaat dat op verschillende gebieden van groot belang zal zijn.

De voorbereiding van complexe materialen met structuren die bestaan ​​uit meerdere metaalkationen die specifieke plaatsen bezetten, is een uitdagende taak, omdat het tegelijkertijd gaat om het opnemen van verschillende elementen op exacte posities. Echter, deze multimetalen materialen zijn belangrijk op verschillende gebieden, omdat de combinatie van metaalkationen nieuwe of verbeterde eigenschappen verschaft; iets dat niet kan worden bereikt door het gebruik van slechts één metaal.

Een frequente toepassing van gemengde metaaloxiden en zouten wordt gebruikt als anodematerialen in batterijen, vanwege supergeleiding aangetoond door verschillende multimetaalfamilies waarvan de structuren zijn samengesteld uit verschillende gecombineerde kationen. Andere toepassingen zijn onder meer gedoteerde metaaloxiden die worden gebruikt in optische apparaten en gemengde metaaloxiden als katalysatoren bij belangrijke chemische transformaties. Echter, het gebruik van multimetalen materialen voor deze toepassingen gaat niet vanzelf; het synthetiseren van nieuwe materialen met structuren waarbij de dispositie van de metalen elementen zeer controleerbaar is, blijft nog steeds een uitdaging. In feite, controle over de opstelling van de elementen in de meeste bestaande multimetalen materialen is tot op heden beperkt of zelfs onbestaande. Bovendien, er zijn beperkingen met betrekking tot de hoeveelheid en de aard van de elementen die binnen één structuur kunnen worden gecombineerd.

Een klasse van kristallijne materialen, metaal-organische raamwerken (MOF's), zijn samengesteld uit een combinatie van metaalclusters die secundaire bouweenheden (SBU's) worden genoemd en organische linkers. Terwijl MOF's traditioneel worden geconstrueerd met slechts één metaalkation, ze hebben onlangs het vermogen aangetoond om meerdere metalen elementen in een enkele kristalstructuur op te nemen. Echter, er was tot op heden een gebrek aan fundamentele controle over de plaatsing van de gebruikte metalen elementen in de meeste van de gerapporteerde systemen.

Een recent onderzoek uitgevoerd door een internationaal samenwerkingsverband van onderzoeksinstituten (Institut Laue-Langevin (ILL), Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid en Instituto de Ciencia de Materiales de Aragon (beide instituten van de Spaanse Nationale Onderzoeksraad), IMDEA Energy Institute (ICMA) en Complutense University of Madrid) hebben gerapporteerd hoe het mogelijk is om een ​​MOF gebouwd met een staafvormige anorganische SBU te gebruiken om meerdere metalen elementen op precieze posities te combineren. Dit resulteert in materialen met een rangschikking van metaalkationen die op atomaire en mesoscopische schaal kunnen worden gecontroleerd.

Een onderzoek naar neutronenpoederdiffractie uitgevoerd bij het ILL bracht verschillende mogelijke atomaire rangschikkingen van de metaalkationen in de SBU's aan het licht. De resultaten van dit werk bieden een nieuwe algemene strategie om complexe multimetaalmaterialen te produceren met opstellingen van metaalkationen die virtueel kunnen worden gecontroleerd op aanvraag voor verschillende gewenste toepassingen. Aangezien de eigenschappen van materialen worden bepaald door hun samenstelling en precieze atomaire en mesoscopische structuren, deze bevindingen zullen van groot belang zijn op verschillende gebieden.

Dr. Ines Puente Orench, ILL Wetenschapper en co-auteur van deze studie zegt:"Neutronen, en in het bijzonder de hoge-resolutie multidetector D2B en de hoge-intensiteit poederdiffractometer D1B bij het ILL, waren een integraal onderdeel van deze studie omdat ze ons in staat stelden om de precieze locaties van de metalen elementen in de kristallografische structuur te observeren. Deze waarnemingen hadden met geen enkele andere techniek kunnen worden gedaan, omdat ze het niet mogelijk zouden hebben gemaakt de verschillende metalen elementen van elkaar te onderscheiden. Gezien het grote aantal bestaande MOF's die uit meerdere SBU's bestaan, deze methode zal worden veralgemeend om nieuwe materialen te bereiden met samenstellingen die geschikt zijn voor bepaalde toepassingen waarbij meerdere metaalkationen op gewenste en precieze atomaire posities kunnen worden gerangschikt."