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Aug 08, 2023

GTUB3 é o primeiro metal microporoso

14 de dezembro de 2022 pela Universidade Técnica de Berlim Pesquisadores da TU Berlin desenvolveram um novo material da classe de compostos microporosos de estrutura metal-orgânica (MOF). Por um lado, tal

14 de dezembro de 2022

pela Universidade Técnica de Berlim

Pesquisadores da TU Berlin desenvolveram um novo material da classe de compostos microporosos de estrutura metal-orgânica (MOF). Por um lado, tais compostos podem armazenar pequenas moléculas e gases como hidrogénio, CO2 ou mesmo toxinas. Por outro lado, a grande área superficial resultante do elevado volume de poros significa que também são adequados como material para eletrodos, como em supercapacitores, que podem ser carregados muito mais rapidamente do que as baterias convencionais.

Um estudo que descreve este trabalho foi publicado na revista Advanced Optical Materials.

O problema até o momento é que a maioria dos MOFs são péssimos condutores de eletricidade. O novo material criado pelos pesquisadores, denominado GTUB3, é um bom condutor e também extremamente estável química e termicamente. O que o torna único é que também é fotoluminescente, o que significa que brilha quando irradiado com luz. Como resultado, também poderia ser usado em aplicações optoeletrônicas e células solares.

Estruturas metal-orgânicas, ou MOFs, são consideradas uma das classes de materiais mais interessantes da química moderna. Eles consistem em átomos de metal diretamente ligados a moléculas orgânicas. "No passado, valorizávamos essas estruturas cristalinas apenas por sua beleza estética. Algumas delas realmente lembram os azulejos marroquinos", explica o Dr. Gündoğ Yücesan da Faculdade III - Ciências de Processo da TU Berlin. "O que os torna interessantes hoje são as muitas cavidades que tornam os MOFs microporosos meios de armazenamento ideais, bem como suas grandes superfícies, que facilitam as reações."

Acima de tudo, novos compostos desta classe de substâncias podem ser desenvolvidos de forma altamente sistemática devido à estrutura modular das suas moléculas.

Unidades de construção inorgânicas – ou IBUs – são conectadas entre si por meio de suportes orgânicos de cadeia longa – em outras palavras, ligantes. Isto permite a formação de estruturas elementares em grande escala, que são então repetidas em camadas ou empilhadas como blocos de construção para formar cristais.

Embora já existam mais de 100.000 MFs, tem havido ainda pouco desenvolvimento em algumas áreas deste campo de investigação. “Especialmente no que diz respeito aos MOFs microporosos contendo fósforo, dos quais existem menos de 50 até agora”, diz Yücesan.

"Eles despertaram nosso interesse porque os primeiros MOFs de fósforo conhecidos revelaram-se muito estáveis ​​térmica e quimicamente." Estas são propriedades ideais para materiais de eletrodos que devem ser capazes de resistir a longos períodos em eletrólitos ou mesmo ácidos, inclusive quando aquecem durante as reações.

O principal problema é que os MOFs são geralmente isolantes – uma propriedade básica pobre para eletrodos através dos quais os portadores de carga devem fluir. Em resposta, em 2020, Yücesan e sua equipe projetaram dois MOFs microporosos de fósforo com maior condutividade, "TUB75" e "TUB40" (em homenagem a TU Berlin), trabalhando em colaboração com outras universidades e institutos de pesquisa.

A criação do GTUB3 proporcionou uma oportunidade de homenagear a contribuição da Universidade Técnica de Gebze na Turquia. Além do ácido fosfônico, o novo composto contém os metais cobre e zinco, além da porfirina, que consiste em quatro anéis de carbono. Todos esses materiais iniciais são baratos, estão disponíveis em grandes quantidades e não são tóxicos para os seres humanos e para o meio ambiente. Ao contrário dos seus dois antecessores, o semicondutor GTUB3 é igualmente condutor em todas as três direções espaciais e resistente a temperaturas de até 400 graus Celsius.

Yücesan vê um grande potencial para o GTUB3 na melhoria de supercapacitores, como aqueles usados ​​para armazenamento de eletricidade de curto prazo na recuperação de energia de frenagem em ônibus e trens, bem como em alguns carros.

Esses supercapacitores são dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica com densidade de potência muito alta que podem ser carregados muitas vezes mais rápido que as baterias convencionais. No entanto, armazenam muito menos energia do que baterias da mesma massa. Novos materiais de eletrodo – como GTUB3 – pretendem reduzir essa lacuna. “O novo composto também é adequado para os processos de película fina frequentemente utilizados na indústria para aplicação em substratos”, explica Yücesan.