Cientistas sintetizam novo material poroso

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/02/2003

Cientistas da Universidade da Califórnia sintetizaram uma nova família de materiais semicondutores porosos que possuem uma composição química variada e sem precedentes.

O novo material poroso apresenta diferentes propriedades, como fotoluminescência, facilidade para troca iônica e absorção de gases. Apresenta ainda grandes áreas superficiais e tamanho uniforme dos poros. Seus poros são maiores do que os das zeólitas. Segundo os cientistas, o processo sintético poderá chegar a poros ainda maiores. "Esta pesquisa representa um grande avanço no desenvolvimento de materiais cristalinos porosos," disse Pinyung Feng, um dos autores da pesquisa. "Materiais porosos têm uma enorme gama de aplicações comerciais."

Materiais porosos são conhecidos como peneiras moleculares porque a dimensão única de seus poros permite a separação de moléculas a partir de suas dimensões e de seu formato. Atualmente, as zeólitas são o material poroso mais importante comercialmente. Zeólitas são utilizadas como absorventes para separação não criogênica de gases e como catalisador ácido sólido para a quebra de grandes moléculas de hidrocarbonos. Em termos mais simples, é a zeólita que auxilia na transformação do petróleo em gasolina e outros produtos petroquímicos, quebrando as grandes moléculas do petróleo em moléculas menores, dando início ao ciclo da petroquímica.

"As propriedades dos materiais porosos são intimamente relacionados com suas características topológicas e composição química," explica Feng. "Desta forma, o desenvolvimento de materiais porosos com novas composições e topologias pode levar a novas aplicações ou a melhoramentos nas aplicações atuais."

As zeólitas têm várias limitações. Seus poros são menores do que um nanômetro, tornando-as de pouca utilidade em reações envolvendo grandes moléculas como as encontradas em produtos farmacêuticos. Além disso, como elas são feitas de alumínio, silício e oxigênio, elas são isolantes. Esta é a razão de sua pouca utilidade em aplicações que utilizam propriedade eletrônicas, óticas ou eletroóticas.

O novo material poroso agora descoberto é feito de um ânion divalente (enxofre ou selênio), um cátion trivalente (gálio ou índio) e um cátion tetravalente (germânio ou estanho). Da mesma forma que as zeólitas, o novo material poderá encontrar aplicações em áreas como catalisadores e separadores. Mais importante, como ele combina a porosidade típica das zeólitas com semicondutividade, ele poderá ter aplicações únicas que não são possíveis com outros materiais.

A combinação de porosidade com semicondutividade no novo material abre a possibilidade para novas aplicações como, por exemplo, eletrodos de grande superfície para células eletroquímicas em materiais compósitos em nanoescala para utilização em microeletrônica e sensores.

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"Mais pesquisa é necessária para concretizar o potencial de aplicações desses novos materiais," disse Feng. "Zeólitas têm um impacto direto em muitos aspectos da vida diária das pessoas - produção de gasolina, redução de poluição, limpeza de água, limpeza de lixo radiativo e assim por diante. Os materiais que nós desenvolvemos são projetados para ampliar e melhorar as aplicações das zeólitas e, como tal, o potencial de impacto direto na dia-a-dia das pessoas é significativo."

Alguns exemplo de possíveis aplicações do novo material poroso:

Sensores eletroquímicos
O novo material poderá ser utilizado como eletrodo em sensores eletroquímicos. Devido ao tamanho uniforme de seus poros, ele poderá absorver seletivamente poluentes no ar ou na água, tais como moléculas orgânicas tóxicas e permitir que esses poluentes sejam detectados com base em seu tamanho e forma.

Foto-catalisadores
O novo material é capaz de absorver luz visível e funcionar como foto-catalisador. Foto-catalisadores como a anatase (dióxido de titânio) têm sido utilizados em aplicações como purificação de ar e água por promoverem reações fotoquímicas que destroem os poluentes.

Eletrólitos sólidos para baterias
Os poros comunicantes são verdadeiros canais, que facilitam o movimento dos íons. A facilidade de movimentação iônica é condição essencial para um bom eletrólito.

Absorventes para separação gasosa
Separação gasosa é um processo industrial de larga escala. Por exemplo, a produção de oxigênio é baseada na separação do ar. Materiais porosos como as zeólitas têm sido utilizadas nesse processos há muitos anos. O novo material possui algumas características estruturais que o tornam superior às zeólitas. Mas estudos mais detalhados ainda necessitam ser feitos para demonstrar sua eficiência como separação de gases.

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