Cientistas da Queen Mary University of London descobriram uma maneira de colocar catalisadores dentro dos menores poros de diferentes materiais hospedeiros, um pouco como quando os navios-modelo são desdobrados dentro de uma garrafa.

Quando os materiais são confinados assim em uma escala tão pequena, e sem quebrar o host, eles se comportam de maneira diferente de sua forma em massa, uma mudança que os cientistas chamam de efeito de confinamento.

No caso de catalisadores, que são materiais que aceleram as reações químicas, o confinamento pode levar a uma atividade mais elevada. Ele mantém as partículas bem separadas, que é a chave para evitar a perda de função na catálise, e preserva sua superfície altamente reativa.

De forma similar, quando um material é espremido em um pequeno espaço, seus elétrons não estão livres para se moverem como de costume e a cor de emissão de luz do material pode mudar - um efeito que poderia ser usado em micro lasers.

Essa estratégia também abre a possibilidade de materiais multifuncionais em que o hóspede e o anfitrião fazem coisas diferentes separadamente ou, porque o convidado está confinado, as interações entre o anfitrião e o convidado podem produzir propriedades novas.

Para ilustrar a abordagem, os pesquisadores usaram nanomateriais porosos que são como esponjas, mas com bolsas de 1 nm dentro onde outras moléculas podem caber. Contudo, carregar catalisadores reativos dentro de um hospedeiro nanoporoso é um desafio porque muitas vezes as condições de reação podem destruir o hospedeiro.

O estudo, publicado em Nature Communications , demonstra um conceito que usa a termodinâmica para superar esses problemas. Os pesquisadores perceberam que podem estimar a estabilidade do hospedeiro sob várias condições de reação.

A pesquisa foi realizada com a Universidade de Cambridge, Instituto Dalian de Física Química (Academia Chinesa de Ciências), Universidade Nacional de Cingapura e Universidade de New South Wales.

Investigador principal, Dr. Stoyan Smoukov, da Queen Mary University of London, disse:"Tínhamos algumas ideias de que o confinamento poderia alterar as propriedades, como tais mudanças foram vistas em outros sistemas. A questão era:havia uma maneira geral em que poderíamos tentar guiar os pesquisadores para que eles pudessem sintetizar todos os tipos de convidados grandes com várias funções, como metais, óxidos de metal, sulfetos, nitretos - sem destruir os hospedeiros? "

Usando diagramas termodinâmicos, os pesquisadores desenvolveram um conceito chamado Pourbaix-Enabled Guest Synthesis (PEGS), onde as condições e os compostos precursores podem ser escolhidos para não destruir os hospedeiros. Eles incluem um sistema de tutorial que demonstra como fazer uma grande variedade de novos compostos de combinação convidado / host.

Autor co-correspondente, Professor Qiang Fu, do Instituto de Física Química de Dalian (Academia Chinesa de Ciências), acrescentou:"De uma perspectiva prática, a abordagem PEGS vincula a química de materiais com o projeto de materiais funcionais para aplicações como catálise heterogênea. As nanoestruturas de óxido confinado obtidas pelo método PEGS neste trabalho podem apresentar desempenho catalítico aprimorado, que é de grande importância para o projeto de catalisadores de óxidos avançados. "

Um dos autores principais, Tiesheng Wang, da Universidade de Cambridge, disse:"O próximo impacto pode ser enorme. Visto que a teoria quântica descreve a natureza em escalas atômicas a subatômicas, o trabalho que ajuda a alcançar novos estados confinados em pequenas escalas pode contribuir para a base para explorar o mundo quântico experimentalmente. "