Pesquisadores de Bielefeld, Bochum e Yale conseguiram produzir uma camada de dióxido de silício bidimensional (2D). Este material contém poros naturais e, portanto, pode ser usado como uma peneira para moléculas e íons. Os cientistas procuram esses materiais há muito tempo porque podem ajudar a dessalinizar a água do mar e ser usados ​​em novos tipos de células de combustível. A equipe descreve o processo de fabricação de silicatos de bicamada na revista Nano Letters , publicado online em 19 de janeiro de 2022. O estudo foi conduzido em conjunto pelas equipes lideradas pelo Dr. Petr Dementyev da Universidade de Bielefeld, Professor Anjana Devi da Ruhr-Universität Bochum e Professor Eric Altman da Universidade de Yale.
Poros que ocorrem naturalmente na rede cristalina

Quando materiais bidimensionais são perfurados com alta precisão, eles podem ser usados ​​para filtrar certos íons e moléculas. Pesquisadores tentaram repetidamente perfurar o material grafeno para esse fim, que consiste em átomos de carbono. Como não possui poros naturais, eles devem ser inseridos artificialmente. Mas é difícil criar furos de tamanho definido no grafeno sem danificar permanentemente o material. Isso porque perde estabilidade mecânica devido à perfuração. Consequentemente, uma alternativa teve que ser encontrada. No estudo atual, a equipe de pesquisa aproveitou o fato de que a estrutura cristalina do dióxido de silício bidimensional contém poros por natureza. Eles mostraram que esses poros podem ser usados ​​para separar certos gases uns dos outros.

"Isso é muito empolgante porque o dióxido de silício 2D tem uma densidade muito alta de poros minúsculos por natureza que simplesmente não é possível de ser criado em membranas artificiais", diz Petr Dementyev, do grupo de pesquisa Física de Sistemas e Superfícies Supramoleculares em Bielefeld. "Ao contrário do grafeno perfurado, os poros são quase todos do mesmo tamanho. E há um número tão incrível deles que o material se comporta como uma peneira de malha fina para moléculas."

Problema de fabricação

A sílica 2D é conhecida desde 2010. No entanto, era muito cara de fabricar, o que só podia ser feito em pequena escala. Reunindo conhecimentos de química de materiais, engenharia química e física química, os pesquisadores de Bochum, Bielefeld e Yale criaram um novo processo de fabricação de materiais. Eles usaram a chamada deposição de camada atômica para depositar uma única camada de dióxido de silício em uma superfície de ouro. Usando um processo de alta pressão, os pesquisadores transferiram a camada para sua forma bidimensional e depois a caracterizaram em detalhes por meio de espectroscopia e microscopia. Eles então examinaram o fluxo de gás através da membrana 2D em uma câmara de vácuo.

Enquanto a água vaporosa e o álcool penetravam na camada de sílica, os gases nitrogênio e oxigênio não conseguiam passar. "Materiais como este com permeabilidade seletiva estão em alta demanda na indústria", diz Anjana Devi. No entanto, antes que a sílica 2D possa ser usada na prática, é importante avaliar exatamente quantas moléculas diferentes podem se ligar à superfície do material ou como elas podem penetrá-la.

"Esperamos que nossos resultados sejam de alta relevância para a comunidade científica de materiais em todo o mundo", conclui Anjana Devi, do grupo de pesquisa de Química de Materiais Inorgânicos. Essas membranas 2D podem estar na vanguarda do auxílio ao desenvolvimento sustentável, por exemplo, na área de conversão ou armazenamento de energia." + Explore mais

Peneiramento preciso de gases através de poros atômicos em grafeno