A olho nu, estruturas orgânicas de metal (MOFs) parecem um pouco com areia. Mas se você aumentar o zoom, você verá que cada grão se parece e age mais como uma esponja - e serve a um propósito semelhante. MOFs são usados ​​para absorver e reter gases, que é útil ao tentar filtrar gases tóxicos do ar ou como uma forma de armazenar combustível para motores movidos a gás natural ou hidrogênio.

Uma nova pesquisa liderada por uma equipe interdisciplinar em seis universidades examina a transferência de calor em MOFs e o papel que ela desempenha quando os MOFs são usados ​​para armazenar combustível. Autor correspondente Christopher Wilmer, William Kepler Whiteford Faculty Fellow e professor assistente de engenharia química e de petróleo na Swanson School of Engineering da University of Pittsburgh, foi coautor do trabalho com pesquisadores da Carnegie Mellon University, a Universidade da Virgínia, Old Dominion University, Northwestern University, e o Instituto de Tecnologia de Karlsruhe em Karlsruhe, Alemanha. As descobertas foram publicadas recentemente em Nature Communications .

"Um dos desafios do uso de MOFs para tanques de combustível em carros é que você precisa ser capaz de abastecer em alguns minutos ou menos, "explica Wilmer." Infelizmente, quando você enche rapidamente esses tanques baseados em MOF com hidrogênio ou gás natural, eles ficam muito quentes. Não é tanto um risco de explosão - embora haja uma - mas o fato de que eles não podem armazenar muito gás quando estão quentes. Toda a premissa de usá-los para armazenar uma grande quantidade de combustível gasoso só funciona à temperatura ambiente. Para outras aplicações industriais, você enfrenta um problema semelhante - sempre que os gases são carregados rapidamente, os MOFs esquentam e não funcionam mais com eficácia. "

Em outras palavras, para que os MOFs sejam úteis para esses aplicativos, eles precisariam ser mantidos frios. Esta pesquisa analisou o transporte térmico em MOFs, para explorar a rapidez com que podem eliminar o excesso de calor, e o grupo encontrou alguns resultados surpreendentes.

"Quando você pega esses materiais porosos, que, para começar, são termicamente isolantes, e você os enche de gás, parece que eles se tornam ainda mais isolantes. Isso é surpreendente porque normalmente, bolsos vazios como aqueles com isolamento ou janelas de vidros duplos fornecem um bom isolamento térmico, "explica Wilmer." Pegando materiais porosos e enchendo-os, removendo assim essas lacunas, você esperaria que o transporte térmico melhorasse, tornando-o mais termicamente condutivo. O oposto acontece; eles se tornam mais isolantes. "

Para chegar a sua conclusão, os pesquisadores realizaram dois experimentos simultâneos usando dois métodos diferentes e MOFs sintetizados em dois laboratórios diferentes. Ambos os grupos observaram a mesma tendência:que os MOFs se tornem mais isolados quando preenchidos com adsorbatos. Suas descobertas experimentais também foram validadas por simulações atomísticas na Pitt em colaboração com a Carnegie Mellon University.

"Nosso trabalho indica desafios potenciais futuros para o uso de MOFs fora dos laboratórios de pesquisa, mas essa é uma etapa necessária no processo, "diz Alan McGaughey, professor de engenharia mecânica na Carnegie Mellon. "À medida que esses materiais avançam em direção ao amplo, uso no mundo real, os pesquisadores precisarão continuar investigando as propriedades antes negligenciadas desses materiais, como transporte térmico, e encontrar a melhor maneira de usá-los para atender às nossas necessidades. "