Novos materiais de estrutura porosa sem metal podem ter potencial para armazenamento de hidrogênio
CSP sugere sais de haleto de amônio isorreticulares porosos. Crédito:Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07353-9 Pesquisadores da Universidade de Liverpool e da Universidade de Southampton usaram métodos de projeto computacional para desenvolver materiais de estrutura porosa orgânica não metálica, com aplicações potenciais em áreas como catálise, captura de água ou armazenamento de hidrogênio.
Em um estudo publicado na revista Nature , a equipe de pesquisa usou elementos não metálicos abundantes e baratos, como íons cloreto, para projetar estruturas porosas orgânicas não metálicas (N-MOFs).
Os novos materiais oferecem uma alternativa às estruturas metal-orgânicas (MOFs), uma classe de materiais porosos e cristalinos feitos de metais conectados por compostos ligantes orgânicos.
Mais de 95.000 MOFs foram descobertos até agora com uma ampla gama de aplicações em campos como catálise, separação de gases e armazenamento de energia.
Os novos materiais de estrutura porosa isentos de metal ainda não foram totalmente explorados, mas já se mostraram promissores na captura de iodo, que é importante na indústria nuclear. Outras áreas de aplicação poderiam incluir condução de prótons, catálise, captura de água e armazenamento de hidrogênio.
A equipa de investigação pensa que, no futuro, deverá ser possível alargar a estratégia a materiais onde os ligantes orgânicos estão ligados por iões constituídos por outros elementos não metálicos comuns, como azoto, oxigénio e enxofre.
A pesquisa baseou-se na experiência complementar na descoberta de novos materiais e robótica da Universidade de Liverpool, juntamente com a experiência em modelagem computacional da Universidade de Southampton.
O professor Andrew Cooper, do Departamento de Química e Fábrica de Inovação de Materiais da Universidade de Liverpool, em Liverpool, disse:"Este trabalho abre uma gama de possibilidades. Nossa abordagem usa ânions não metálicos como nós para construir estruturas em vez de cátions metálicos em MOFs. Existem há mais ânions disponíveis do que metais na tabela periódica, então o espaço para busca de novos materiais é enorme."
No entanto, existe um problema antigo:os nós metálicos nos MOFs direcionam a estrutura da estrutura, como as juntas de um andaime. Essas juntas possuem uma geometria previsível que permite que os MOFs sejam projetados para aplicações específicas. Esta abordagem de “Lego molecular” não funciona para sais não metálicos porque as interações são muito menos direcionais.
O professor Graeme Day, da Escola de Química da Universidade de Southampton, disse:“Nós guiamos a descoberta desses materiais usando um método computacional chamado previsão da estrutura cristalina.
"Isso nos permite prever quais sais não metálicos formarão estruturas porosas estáveis, quais sais não, e antecipar a estrutura cristalina precisa antes do trabalho experimental. Não precisamos assumir uma geometria específica para as juntas no estrutura, que é um princípio fundamental na química MOF."
A pesquisa faz parte de um programa mais amplo de pesquisa que visa redefinir a forma como descobrimos novos materiais, combinando técnicas emergentes em previsão computacional, inteligência artificial e robótica.
