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Algoritmo encontra 300 cristais para armazenar metano

Algoritmo encontra 300 cristais para armazenar metano
Estas são algumas das mais promissoras dentre as estruturas metal-orgânicas "idealizadas" pelo programa de simulação.[Imagem: Northwestern University]

Estruturas metal-orgânicas

Um novo algoritmo gera automaticamente estruturas de cristais, e testa essas estruturas virtuais para ver se elas cumprem uma função determinada.

No primeiro uso do sistema, os cientistas estavam procurando cristais porosos capazes de armazenar metano, o mesmo sistema que se pretende utilizar para armazenar hidrogênio em tanques sólidos.

O programa gerou milhões de estruturas cristalinas, selecionando 300 com potencial para atender ao objetivo dos pesquisadores.

Em uma demonstração clara da importância crescente das simulações computadorizadas para a ciência e para a tecnologia, os pesquisadores então puderam sintetizar apenas aquelas estruturas que eram mais promissoras para o armazenamento do gás.

São as chamadas estruturas metal-orgânicas, ou MOFs (Metal-Organic Frameworks), também conhecidas como "cristais esponja", graças aos seus poros em nanoescala, nos quais é possível armazenar gases que normalmente são difíceis de confinar e transportar.

Construção virtual

"Agora que a nossa compreensão da síntese dos materiais está se aproximando do ponto onde nós somos capazes de fabricar quase qualquer material, a questão que se coloca é: quais materiais nós devemos sintetizar," explica o Dr. Randall Snurr, da Universidade Northwestern, nos Estados Unidos.

A resposta está nos simuladores computadorizados, softwares especiais que, partindo de parâmetros definidos, eventualmente dos chamados "primeiros princípios", "constroem" esses materiais virtualmente.

No caso da sintetização das estruturas metal-orgânicas, os cientistas partiram de uma biblioteca de 102 componentes químicos básicos que formam estruturas capazes de armazenar o gás.

Depois de 72 horas rodando em um supercomputador, o programa já havia armazenado 137.000 MOFs que valeria a pena olhar. Com tantos candidatos, os cientistas puderam então aumentar seu nível de exigências sobre o material, o que gerou 300 candidatos promissores.

A etapa muito mais difícil e demorada, a da sintetização propriamente dita, pode então se concentrar nos materiais realmente promissores.

Cristais esponja

Os cristais esponja não são interessantes apenas para o armazenamento de gás, mas também para levar medicamentos a pontos precisos do organismo, capturar poluentes antes que eles sejam lançados na atmosfera ou servir como sensores e como catalisadores.

Mas saber qual MOF serve para o que é algo virtualmente impossível de descobrir na base da tentativa e erro.

"Atualmente os pesquisadores criam novos materiais com base no que eles imaginam que a estrutura atômica deva se parecer," conta Christopher Wilmer, o projetista do novo software. "O algoritmo acelera enormemente esse processo."

Bibliografia:

Large-scale screening of hypothetical metal-organic frameworks
Christopher E. Wilmer, Michael Leaf, Chang Yeon Lee, Omar K. Farha, Brad G. Hauser, Joseph T. Hupp, Randall Q. Snurr
Nature Chemistry
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nchem.1192




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