p Uma equipe de químicos da UConn descobriu uma nova maneira de fazer uma classe de materiais porosos que permite maiores controles de fabricação e tem aplicações significativamente mais amplas do que o antigo padrão da indústria. p O processo, mais de três anos em formação e delineados na edição de dezembro de 2013 de Nature Communications , resultou na criação de mais de 60 novas famílias de materiais até agora, com potencial para muitos mais. O principal catalisador do processo é reciclável, tornando-a uma tecnologia 'verde'.

p Quatro pedidos de patente relacionados à descoberta estão pendentes. VeruTEK, uma empresa de inovações químicas com sede em South Windsor, Conn., garantiu os direitos de alguns dos materiais.

p "Este é definitivamente o projeto mais empolgante em que estive envolvido nos últimos 30 anos, "diz o Distinto Professor Steven L. Suib do Conselho de Curadores, investigador principal do projeto. "O que fizemos é semelhante a descobrir um novo inseto, só agora há uma série de famílias dessas coisas que podem ser descobertas. Isso é bem legal."

p A pesquisa é o primeiro grande trabalho a sair do novo Centro de Excelência GEMS da universidade. O Centro, que recebe o nome da sigla Green Emulsions, Micelas e surfactantes, está localizado no Departamento de Química da Faculdade de Artes e Ciências Liberais.

p A pesquisa de Suib envolve a criação de uniformes, ou monomodal, óxidos de metal mesoporosos usando metais de transição, como manganês, cobalto, e ferro. Mesoporoso descreve o tamanho dos poros do material. Nesse caso, eles têm entre 2 e 50 nanômetros de diâmetro e estão uniformemente distribuídos pela superfície do material, semelhante ao que se pode ver se um alfinete é usado para fazer vários orifícios em um material. Apenas o processo UConn permite que os cientistas usem a química do óxido nítrico para alterar o diâmetro do "pino, "para alterar o tamanho dos orifícios. Esta abordagem única ajuda a conter as reações químicas e fornece controle e flexibilidade sem precedentes.

p "O professor Suib e seus colegas relatam uma rota inesperada e nova para a geração de óxidos de metal mesoporosos, "diz Prabir Dutta, distinto professor universitário de química e bioquímica da The Ohio State University. "A descoberta do Professor Suib e a extensão da mesoporosidade a uma gama muito mais ampla de óxidos de metal está destinada a levar esta área a novos patamares, com todos os tipos de aplicações potenciais, tornando este estudo um desenvolvimento mais importante na ciência dos materiais. "

p Ter materiais com poros microscópicos uniformes permite que moléculas-alvo de um determinado tamanho fluam para dentro e para fora do material, o que é importante em aplicações como adsorção, sensores, ótica, magnético, e produtos de energia, como os catalisadores encontrados nas células de combustível.

p “Quando as pessoas pensam sobre esses materiais, eles pensam em sistemas de chave e fechadura, "diz Suib." Com certas enzimas, você precisa ter poros de um determinado tamanho e formato. Com este processo, agora você pode fazer um receptáculo para proteínas ou enzimas específicas para que possam entrar nos poros e se ligar e reagir especificamente. Essa é a esperança, ser capaz de fazer um poro que permitirá que tais materiais se encaixem, ser capaz de fazer um poro de que um cientista precisa. "

p Nos últimos 20 anos, os cientistas confiaram em um antigo, procedimento à base de água para fazer materiais mesoporosos que foi desenvolvido pela Mobil Oil. Esse procedimento, embora inovador quando foi descoberto, tem limitações. O tamanho dos poros do material é difícil de manipular; as paredes das estruturas mesoporosas resultantes são amorfas; e a estabilidade do sistema subjacente enfraquece quando exposto a altas temperaturas, limitando seu uso. O processo também só funciona melhor quando se usa silicone ou titânio, em oposição a outros metais da tabela periódica.

p Os químicos da UConn seguiram outro caminho, escolher substituir o processo à base de água por um surfactante químico sintético semelhante a um detergente para criar os mesoporos. Ao reduzir o uso de água, adicionar o surfactante, em seguida, submetendo as nanopartículas resultantes ao calor, a equipe de pesquisa descobriu que poderia gerar termicamente controlado, termicamente estável, materiais mesoporosos uniformes com paredes cristalinas muito fortes. Os mesoporos, Suib diz, são criadas pelas lacunas que se formam entre as nanopartículas organizadas quando se agrupam. A equipe descobriu que o tamanho dessas lacunas ou poros poderia ser ajustado - aumentado ou diminuído - ajustando a exposição da nanoestrutura ao calor, um grande avanço no processo de síntese.

p "Tal controle da distribuição do tamanho dos poros, volumes de poros aumentados, e as estabilidades térmicas são sem precedentes ..., "escreveu a equipe em seu relatório.

p Talvez tão importante, a equipe descobriu que o processo poderia ser aplicado com sucesso a uma ampla variedade de elementos da tabela periódica. Também, o surfactante utilizado na síntese é reciclável e pode ser reaproveitado após a extração sem prejudicar o produto final.

p Ciente da importância de suas descobertas, A equipe de Suib deliberadamente esperou para publicar seu relatório até que tivesse verificado diferentes aplicativos usando uma variedade de elementos periódicos. Mesmo agora, a equipe acredita que apenas arranhou a superfície.

p “Desenvolvemos mais de 60 famílias de materiais, "diz Suib." Para cada material que fizemos, você pode fazer dezenas de outros gostarem. Você pode dopá-los adicionando pequenas quantidades de impurezas. Você pode alterar suas propriedades. Você pode fazer sulfetos além de óxidos. Há muito mais pesquisas que precisam ser feitas. "

p A pesquisa da UConn foi financiada pela divisão de Ciências de Energia Básica do Departamento de Energia dos EUA por meio de US $ 420, 000 subvenção ao longo de três anos. Suib diz que um membro específico da equipe de pesquisa, Altug S. Poyraz, um estudante de pós-graduação 'enormemente talentoso' buscando seu doutorado na UConn, foi fundamental para o sucesso do projeto. Poyraz passou inúmeras semanas explorando pacientemente as diferentes abordagens do processo até que a equipe encontrou o sucesso.

p "Ele é realmente um aluno de graduação único e provavelmente o melhor químico sintético que já vi, "disse Suib, que também atua como diretor do Instituto de Ciência de Materiais da UConn.

p Suib acredita que o processo será atraente para a indústria porque é simples, custo-beneficio, e verde.