O que fazer sua pele, as roupas que você veste, e o solo em que você está têm em comum? Todas são substâncias porosas. Como uma esponja, suas superfícies são cobertas por minúsculos orifícios que permitem a passagem de líquidos e gases. Materiais porosos estão espalhados por todo o mundo, e aqueles com poros em nanoescala - chamados de materiais mesoporosos - compõem tudo, desde suportes de catalisadores químicos a câmaras de armazenamento de gás e membranas de separação.

A data, os cientistas têm lutado para fabricar materiais mesoporosos fortes; Contudo, eles desenvolveram com sucesso materiais "microporosos". Esses materiais têm poros ainda menores, medindo menos de dois nanômetros. Os cientistas constroem esses materiais incrivelmente minúsculos usando o conceito de "estrutura molecular", onde pequeno, moléculas rígidas são interconectadas para gerar uma estrutura contínua. Embora a falta de blocos de construção adequados no regime mesoporoso (dois a 50 nanômetros) tenha impedido os cientistas de desenvolver materiais mesoporosos fortes, uma equipe de pesquisa da University at Buffalo (UB) já resolveu esse problema.

"Quando você atinge um certo tamanho, a maioria das moléculas se torna muito flexível e não é forte o suficiente para manter a estrutura dos poros de um material, "disse Dmytro Nykypanchuk, um cientista do Center for Functional Nanomaterials (CFN) - uma instalação do usuário do Office of Science do Departamento de Energia dos EUA, localizada no Laboratório Nacional de Brookhaven. "Isso levou os cientistas da UB a desenvolver uma abordagem inteiramente nova para a síntese de materiais mesoporosos."

Em um artigo publicado em ACS Nano , os cientistas descrevem a síntese de um novo material de copolímeros de escova de garrafas, uma molécula gigante com arquitetura especial. Essas moléculas têm cerdas que emanam de um backbone com blocos terminais. A equipe de pesquisa previu que esta combinação única de componentes reativos em uma única molécula formaria um material forte com poros controláveis. Especificamente, as cadeias laterais podem servir como interconectores extra rígidos, enquanto os blocos terminais reativos podem ajudar a unir várias moléculas de escova de garrafas.

"Copolímeros de escova de garrafas fornecem uma plataforma única para a fabricação de materiais mesoporosos, "disse Javid Rzayev, o pesquisador principal do projeto e professor de química da UB. "Ao manipular sua arquitetura molecular, podemos controlar a rigidez molecular e a direcionalidade das interações intermoleculares. Isso nos permitiu desenvolver um material mesoporoso com parâmetros molecularmente ajustáveis. "

Para confirmar seus resultados, a equipe de pesquisa da UB analisou a estrutura do novo material no National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), também um DOE Office of Science User Facility. Usando uma técnica chamada espalhamento de raios-x de pequeno ângulo, a equipe direcionou os raios-x brilhantes da linha de luz 11-BM - uma linha de luz construída em uma parceria entre NSLS-II e CFN - para observar como a luz reflete nos átomos dentro do material. O estudo revelou que o novo material era muito diferente dos produzidos pelos métodos tradicionais. Como cada poro foi construído por várias macromoléculas, o material recém-desenvolvido tinha um número muito maior de poros por volume, enquanto os poros exibiram dimensões uniformes e mantiveram sua rigidez. Mais importante, os cientistas podiam controlar os poros manipulando a estrutura dos copolímeros de frascos.

"Como os poros são definidos pela arquitetura molecular, os cientistas têm muito mais controle sobre o tamanho dos poros e as propriedades desses materiais do que antes, "Nykypanchuk disse.

Com uma estrutura robusta e controlável para trabalhar, os cientistas agora podem pesquisar maneiras de melhorar os materiais mesoporosos, como alterar a natureza dos poros para torná-los cataliticamente ativos.