Materiais Avançados

Material mais poroso do mundo é mais precioso que diamante

Material mais poroso do mundo é mais precioso que diamante
Estrutura metal-orgânica DUT-60, mais cara que ouro ou diamante. [Imagem: Ines M. Hönicke et al. - 10.1002/anie.201808240]

Porosidade

A porosidade é a chave para materiais de alto desempenho usados em sistemas de armazenamento de energia - baterias e células a combustível -, tecnologias ambientais, filtros e catalisadores.

Quanto mais poroso é um material de estado sólido, mais líquidos e gases ele é capaz de armazenar e mais área de contato ele oferece para reações químicas.

Por outro lado, uma quantidade grande demais de poros desestabiliza o material. É o que acontece, por exemplo, com as promissoras estruturas metal-orgânicas, ou MOFs (metal-organic framework).

Ao tentar achar o melhor equilíbrio entre porosidade e estabilidade dessas estruturas, pesquisadores alemães quebraram um recorde mundial: eles fabricaram a DUT-60, uma nova estrutura cristalina com a maior superfície específica e o mais alto volume específico de poros (5,02 cm3 por grama) entre todos os materiais conhecidos.

A área de superfície específica descreve a soma de todos os limites superficiais que um material possui, incluindo os externos visíveis e os poros internos - 90,3% da DUT-60 é volume livre.

Com isto, a estrutura metal-orgânica pode absorver quantidades gigantescas de gases, o que a torna ideal para armazenar quantidades colossais de gases - CO2, por exemplo - ou filtrar gases tóxicos do ar. Existem poucos compostos de baixa densidade que são mecanicamente estáveis o suficiente para serem acessíveis a gases sem que suas superfícies sejam destruídas.

MOFs comerciais

"Se você imaginar a superfície interna de um grama de zeólita como uma área plana, ela cobriria cerca de 800 metros quadrados, e o grafeno chegaria a quase 3.000 metros quadrados. Um grama de DUT-60 atingiria uma área de 7.800 metros quadrados," compara Stefan Kaskel, da Universidade Técnica de Dresden.

O material foi desenvolvido por métodos computacionais e, seguindo a receita, sintetizado em laboratório. O primeiro lote saiu caro: "Devido à sua produção muito complicada, o material é mais caro que o ouro e os diamantes e, até agora, só pode ser sintetizado em pequenas quantidades, de no máximo 50 miligramas por lote," contou o pesquisador.

A equipe lembra, contudo, que já está produzindo versões anteriores de seus MOFs em lotes de vários quilogramas, vendidos como um produto comercial a preços razoáveis.

"Além disso, estamos trabalhando em aplicações de materiais porosos dentro dos campos de armazenamento de gás, pesquisa ambiental, catálise, baterias e filtragem de ar," concluiu Kaskel.

Bibliografia:

Balancing Mechanical Stability and Ultrahigh Porosity in Crystalline Framework Materials
Ines M. Hönicke, Irena Senkovska, Volodymyr Bon, Igor A. Baburin, Nadine Bönisch, Silvia Raschke, Jack D. Evans, Stefan Kaskel
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.201808240




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