Um grupo de pesquisadores liderados por cientistas do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente e da Universidade de Tóquio criou um material incomum - um cristal macio feito de moléculas conhecidas como catenanas - que se comporta de uma maneira inovadora que pode ser usada em aplicações como como filmes que capturam moléculas de dióxido de carbono. A pesquisa foi publicada em Natureza .

Uma catenana é um tipo de molécula em que dois ou mais anéis se interligam, como os anéis que os mágicos usam em seus truques, e podem deslizar ao longo do outro, criando mudanças conformacionais que podem dar aos materiais propriedades interessantes. Esses tipos de moléculas são encontrados na natureza, onde frequentemente atuam como máquinas moleculares. Até agora, cadeias de catenanas - conhecidas como polcatenanas - foram criadas, mas os cientistas nunca exploraram cristais tridimensionais feitos dessas moléculas.

O grupo começou a explorar isso, e criou um novo material pelo crescimento de cristais de catenanos e íons de cobalto em um solvente. Controlando cuidadosamente os arranjos das moléculas de catenano por meio da formação de ligações de coordenação com os íons de cobalto, eles pensaram que poderiam ser capazes de criar uma rede tridimensional consistindo quase exclusivamente de catenanas, que trabalham juntos para criar novas funções.

Os pesquisadores então usaram difração de raios-X de cristal único para examinar a estrutura do cristal macio.

Embora os pesquisadores estivessem essencialmente explorando quais tipos de propriedades esses materiais podem ter, eles ficaram surpresos com os resultados da análise. Primeiro, de acordo com suas expectativas, eles descobriram que por peso, catenanas compõem mais de 90 por cento do cristal. Interessantemente, eles descobriram que era poroso, com orifícios que podem adsorver solvente, ou moléculas gasosas, e que a forma dos poros mudou quando as moléculas hóspedes entraram ou saíram da estrutura.

Além disso, usando uma técnica de nanodentação para estudar as propriedades mecânicas, eles descobriram que o material se deformava facilmente quando pressionado mecanicamente - e que seu módulo de Young, um índice da facilidade com que se deforma, é comparável ao do polipropileno, um plástico usado em materiais de embalagem e outros usos - e que, surpreendentemente, voltou à sua forma original, Sem danos, após a remoção da força. Além disso, quando eles tentaram compactá-lo, eles descobriram que era mais comprimido em uma direção específica, e eles foram capazes de explicar sua natureza deformável, mostrando que, na verdade, os anéis das moléculas de catenana estavam escorregando, permitindo que o material se comprima.

Hiroshi Sato, quem liderou a pesquisa, diz, "Acreditamos que esses resultados podem levar à criação de materiais porosos inovadores que podem adsorver e dessorver moléculas de gás, como o dióxido de carbono, simplesmente beliscando-as e liberando-as com os dedos."