Universidade Técnica de Graz desvenda o mistério da estrutura de filmes finos de MOF

De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade Técnica de Graz (TU Graz) demonstraram que os filmes finos de estruturas metal-orgânicas (MOF) possuem uma estrutura completamente diferente da hipótese anterior. Este estudo, focado em filmes finos de tereftalato de cobre (Cu(bdc)), refuta o modelo estrutural amplamente aceito até então.

Devido à sua alta porosidade, os MOFs são considerados materiais promissores para aplicações inovadoras, como armazenamento de gases, captura de dióxido de carbono ou administração direcionada de medicamentos, tendo sua descoberta sido agraciada com o Prêmio Nobel de Química em 2025. A estrutura dos MOFs na forma de cristais únicos é relativamente fácil de determinar, mas a estrutura em filmes finos permanece em grande parte um mistério, sendo que a estrutura determina as propriedades e as potenciais aplicações do material.

Liderado por Roland Resel e Egbert Zojer, do Instituto de Física do Estado Sólido da Universidade Técnica de Graz, em colaboração com Paolo Falcaro e seus colegas do Instituto de Físico-Química, e Christof Wöll do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (Karlsruher Institut für Technologie), o estudo foi publicado na revista Advanced Functional Materials. Usando filmes finos de Cu(bdc) como exemplo, os pesquisadores mostraram que todos os modelos estruturais propostos anteriormente estavam incorretos e identificaram uma estrutura que explica todas as propriedades observadas: os filmes finos de Cu(bdc) não são porosos, mas sim densamente compactados e contêm grupos hidroxila adicionais, ausentes na maioria dos modelos anteriores.

“Nossos resultados indicam que muitos modelos estruturais de filmes finos de MOF publicados estão incorretos e precisam ser reavaliados”, afirma Egbert Zojer. Este avanço resultou da combinação de simulações complexas de mecânica quântica com o método de difração de raios X de incidência rasante rotativa (rotating-GIXD) empregado na fonte de luz síncrotron Elettra, em Trieste. Diferentemente dos métodos tradicionais, o rotating-GIXD fornece uma imagem quase completa do período cristalino, permitindo que a equipe deduza a estrutura atômica dos filmes finos de Cu(bdc). Combinando simulações de mecânica quântica com a densidade dos filmes determinada por reflectometria de raios X, os pesquisadores descartaram um grande número de estruturas propostas na literatura anterior e revelaram a verdadeira identidade dos filmes por meio de simulações.

A estrutura não porosa agora identificada explica por que os filmes dificilmente podem carregar moléculas hóspedes, por que apresentam estabilidade excepcionalmente alta em relação à água e por que possuem propriedades magnéticas impossíveis nas estruturas anteriormente hipotetizadas. A estrutura também confirma seu estado fundamental ferromagnético, direcionando seu potencial de aplicação para fenômenos físicos que podem ser relevantes em sensores, microeletrônica ou sistemas de armazenamento magnético. Além disso, a estrutura contém camadas de óxido de cobre semelhantes às de supercondutores de alta temperatura, e as aplicações que podem surgir disso são a base para pesquisas futuras.

“Com nosso trabalho, demonstramos que apenas através da combinação de métodos modernos de difração com modelagem teórica é possível determinar de forma confiável a estrutura de filmes finos de MOF”, destaca Egbert Zojer. “O método de difração estabelecido pela equipe de Roland Resel, juntamente com o software desenvolvido na Universidade Técnica de Graz para análise de dados de síncrotron, forneceu ferramentas importantes para isso. Isso estabelece a base para elucidar futuramente as estruturas de outros filmes finos de MOF e, subsequentemente, utilizá-los de forma direcionada em novas aplicações em sensores e microeletrônica.”