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Materiais Avançados

Material mais poroso do mundo é mais precioso que diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/10/2018

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:

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






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