A separação das moléculas de dióxido de carbono das misturas gasosas requer materiais com poros extremamente finos. Pesquisadores da Universidade Friedrich Schiller Jena, em cooperação com a Universidade de Leipzig e a Universidade de Viena, encontraram agora uma nova maneira de fazer isso.



Eles transformaram compostos de estrutura metal-orgânica cristalina em vidro. Ao fazer isso, conseguiram reduzir o tamanho dos poros do material a ponto de se tornar impermeável a certas moléculas de gás. Eles relataram suas descobertas na revista Nature Materials .

Estruturas metal-orgânicas comprimidas

“Na verdade, esses materiais semelhantes ao vidro eram anteriormente considerados não porosos”, explica o Dr. Alexander Knebel, do Instituto Otto Schott da Universidade de Jena, que liderou este trabalho. "O material de partida, ou seja, os compostos da estrutura cristalina, possuem poros muito claramente definidos e também uma grande área de superfície interna. Por isso, também são pesquisados ​​como materiais para armazenamento ou separação de gases. No entanto, essa estrutura definida é perdida durante a fusão e a compressão. E aproveitamos isso."

“Os compostos de estrutura metal-orgânica consistem em íons metálicos ligados entre si por moléculas orgânicas rígidas”, diz o líder do grupo de pesquisa júnior. "Nos espaços dessas grades tridimensionais e regulares, as moléculas de gás podem se mover facilmente. Durante o processamento do vidro, comprimimos o material. Simplificando, conseguimos comprimir os poros até o tamanho desejado."

Desordem ordenada

Mesmo que a estrutura geral do cristal desapareça durante a fusão, partes do cristal mantêm a sua estrutura. “Em termos técnicos, isso significa:durante a transição do cristal para o vidro, a ordem de longo alcance do material é perdida, mas a ordem de curto alcance é preservada”, explica Knebel.

Oksana Smirnova, estudante de doutorado na Universidade de Jena e principal autora do trabalho, acrescenta:“Quando derretemos e comprimimos este material, os interstícios porosos também mudam”. Como resultado, são criados canais com constrições – ou mesmo becos sem saída – e, consequentemente, alguns gases simplesmente não passam mais.

Dessa forma, o grupo conseguiu diâmetros de poros de 0,27 a 0,32 nanômetros no material, com precisão de um centésimo de nanômetro. “Para ilustrar:isto é cerca de 10.000 vezes mais fino que um fio de cabelo humano e 100 vezes mais fino que uma dupla hélice de DNA. Com esse tamanho de poro, conseguimos separar, por exemplo, o dióxido de carbono do etano”, explica Knebel. "Nossa inovação na área é provavelmente a alta qualidade dos vidros e o ajuste preciso dos canais dos poros. E nossos vidros também têm vários centímetros de tamanho."

“Um dos objetivos deste trabalho é desenvolver uma membrana de vidro para aplicações ambientais. Porque separar o dióxido de carbono dos gases é sem dúvida um dos grandes desafios tecnológicos do nosso tempo”, afirma Knebel. "É por isso que também estou grato... pelo excelente empenho da minha estudante de doutoramento Oksana Smirnova, que contribuiu significativamente para o sucesso deste trabalho."

Mais informações: Oksana Smirnova et al, Controle preciso sobre canais de transporte de gás em vidros de estrutura de imidazolato zeolítico, Nature Materials (2023). DOI:10.1038/s41563-023-01738-3
Informações do diário: Materiais Naturais

Fornecido pela Universidade Friedrich Schiller de Jena