Em uma jogada que faria um soprador de vidro mesopotâmico balançar a cabeça em aprovação (se eles soubessem o que é captura de carbono), cientistas pegaram um truque químico usado há milênios em vidro comum e o aplicaram a um material espacial chamado vidro de estrutura metal-orgânica (MOF). Pense no vidro MOF como o filho do amor entre átomos de metal e moléculas orgânicas — uma esponja porosa e high-tech que é ótima para prender gases como dióxido de carbono e hidrogênio, e até mesmo roubar água do ar.
A equipe internacional, com cérebros da TU Dortmund e da Universidade de Birmingham, publicou suas descobertas na Nature Chemistry em 4 de maio. Eles descobriram que, ao adicionar pequenos compostos químicos contendo sódio ou lítio — similar a como artesãos antigos ajustavam suas receitas de vidro — podiam reduzir a temperatura na qual o vidro MOF amolece e fazê-lo fluir mais facilmente quando aquecido. Isso pode transformar um pesadelo de fabricação em um sonho administrável.
Dr. Dominik Kubicki, da Universidade de Birmingham, colocou elegantemente: "O vidro faz parte da civilização humana há milênios. Da antiga Mesopotâmia aos modernos cabos de fibra óptica, pequenas quantidades de modificadores químicos tornam o vidro mais fácil de processar e alteram suas propriedades funcionais." O problema com os vidros MOF? Eles amolecem apenas em altas temperaturas — acima de 300 °C — o que está desconfortavelmente perto do ponto em que começam a se degradar. Esta nova descoberta desbloqueia possibilidades para futuros materiais de alto desempenho sem o colapso.
Um dos vidros MOF estrela, o ZIF-62, é uma maravilha porosa que pode ser derretida e resfriada em vidro mantendo seus poros internos — pense nele como um queijo suíço para moléculas. O professor Sebastian Henke, da TU Dortmund, explicou que sua abordagem é diretamente inspirada em como os vidros de silicato convencionais são modificados: "interrompendo a estrutura da rede para ajustar o comportamento de fusão e as propriedades mecânicas."
Para descobrir como o sódio fazia sua mágica, pesquisadores da Universidade de Birmingham (liderados pelos Drs. Dominik Kubicki e Benjamin Gallant) usaram estudos em nível atômico e espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) de estado sólido em alta temperatura na Instalação de RMN de Estado Sólido de Alto Campo do Reino Unido. Enquanto isso, outra equipe de Birmingham — liderada pelo professor Andrew Morris e pelo Dr. Mario Ongkiko — empregou modelagem computacional impulsionada por IA para dar sentido aos dados complexos de RMN. As simulações assistidas por aprendizado de máquina confirmaram que o sódio não apenas fica à toa nos espaços vazios do material; na verdade, ele substitui alguns átomos de zinco, afrouxando a estrutura do vidro e alterando suas propriedades.
Agora que os cientistas decifraram o código para ajustar esses materiais, eles reconhecem que mais trabalho é necessário para melhorar a estabilidade, prever o comportamento e testar o desempenho em tecnologias do mundo real. Mas, por enquanto, é um copo meio cheio — de CO2, hidrogênio e esperança.
O estudo envolveu pesquisadores da Technische Universität Dortmund, da Universidade de Birmingham, da Ruhr-University Bochum, da SRM University-AP, da Universidade Técnica de Munique e da Universidade de Cambridge. Materiais fornecidos pela Universidade de Birmingham. (O conteúdo pode ter sido editado para estilo e tamanho, porque até a ciência precisa de uma aparada.)