A TU Graz desvenda o mistério da estrutura das películas finas de MOF
Os modelos estruturais apresentados na literatura têm de ser reavaliados
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As películas finas de MOF, enquanto materiais porosos, desempenham um papel fundamental em muitas aplicações potenciais. Investigadores da TU Graz demonstraram agora que o exemplo prototípico de películas finas tem uma estrutura completamente diferente daquela que se pensava anteriormente.
Devido à sua elevada porosidade, as estruturas metal-orgânicas (MOFs) são consideradas materiais promissores para aplicações inovadoras, razão pela qual lhes foi atribuído o Prémio Nobel da Química em 2025 pela sua descoberta. São utilizados, por exemplo, para armazenar gases, capturar CO₂ e para a administração direcionada de medicamentos. Enquanto a estrutura dos MOFs sob a forma de grandes cristais pode ser determinada com relativa facilidade, as películas finas têm permanecido, em grande parte, um mistério. No entanto, é precisamente a estrutura que é determinante para as propriedades e para as potenciais aplicações.
Uma equipa liderada por Roland Resel e Egbert Zojer, do Instituto de Física do Estado Sólido da Universidade Técnica de Graz (TU Graz), em colaboração com colegas do Instituto de Química Física e Teórica (liderado por Paolo Falcaro) e do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (liderado por Christof Wöll), resolveu agora este enigma. Publicaram os seus resultados num artigo na prestigiada revista «Advanced Functional Materials». Utilizando como exemplo a película fina de dicarboxilato de benzeno e cobre (Cu(bdc)), amplamente estudada, os investigadores demonstraram que nenhum dos modelos estruturais propostos até à data está correto. Em vez disso, identificaram uma estrutura que explica todas as propriedades observadas e que traz uma surpresa: as películas finas de Cu(bdc) não são, de todo, porosas, como seria de esperar dos MOFs.
Os modelos estruturais precisam de ser reavaliados
«Os nossos resultados sugerem que muitos modelos estruturais publicados de películas finas de MOF podem estar incorretos e precisam de ser reavaliados», afirma Egbert Zojer. Esta descoberta foi alcançada através da combinação de simulações complexas de mecânica quântica com uma técnica de medição especializada, conhecida como difração de raios X de incidência rasante rotativa (GIXD rotativa), que foi realizada no síncrotron Elettra, em Trieste. Ao contrário das medições convencionais, que medem a difração de raios X numa direção específica e, por isso, fornecem apenas uma quantidade limitada de dados, o método GIXD rotativo proporciona uma imagem quase completa da periodicidade cristalina. Ao combinar as medições com as simulações de mecânica quântica acima referidas e com a determinação da densidade da película fina através da refletometria de raios X, a equipa conseguiu descartar o grande número de estruturas anteriormente propostas na literatura e, por fim, revelar a verdadeira identidade da película através de simulações.
Densamente compacta em vez de altamente porosa
As descobertas contradizem as visões anteriormente predominantes. A maior parte da literatura científica tinha descrito a estrutura como altamente porosa, embora isso já se tivesse revelado difícil de conciliar com certas observações feitas no passado. Está agora a tornar-se evidente, no entanto, que, em vez de ser altamente porosa, a película fina de Cu(bdc) é densamente compactada e contém grupos hidróxido adicionais, que estavam ausentes na maioria dos modelos anteriores. A estrutura descoberta explica por que razão as películas dificilmente podem ser carregadas com moléculas hospedeiras, por que razão apresentam uma estabilidade invulgarmente elevada em relação à água e por que razão possuem propriedades magnéticas que seriam inconsistentes com as estruturas anteriormente hipotetizadas.
Novas aplicações potenciais
A estrutura não porosa agora identificada não só explica a robustez química do material, como também confirma o seu estado fundamental ferromagnético. Isto desvia as potenciais aplicações destas películas para fenómenos físicos que poderão ser relevantes na tecnologia de sensores, na microeletrónica ou em sistemas de armazenamento magnético. Além disso, a estrutura contém camadas de óxido de cobre que lembram os supercondutores de alta temperatura. As potenciais aplicações decorrentes desta descoberta constituem a base para futuras investigações.
«Através do nosso trabalho, conseguimos demonstrar que a caracterização estrutural fiável de películas finas de MOF só é possível através de uma combinação de métodos modernos de difração e modelação teórica», afirma Egbert Zojer. «A metodologia de difração, estabelecida principalmente pelo grupo de Roland Resel, juntamente com o software desenvolvido na TU Graz para analisar os dados do síncrotron, constitui uma ferramenta importante para este fim. Esta metodologia lança as bases para elucidar a estrutura de outras películas finas de MOF no futuro e, posteriormente, aproveitá-las especificamente para novas aplicações na tecnologia de sensores e na microeletrónica.»
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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