Novo método acelera o desenvolvimento de catalisadores

Pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias estudam complexos metálicos que podem ser usados para acelerar reações químicas capazes de gerar produtos para uma economia de baixo carbono

Agência FAPESP* – Em artigo recentemente publicado na revista Nature Chemistry, pesquisadores de Brasil, Alemanha e França apresentam um método inovador para descobrir e estudar complexos metálicos mistos.

Esses materiais, formados por átomos de elementos metálicos ligados a moléculas orgânicas, são usados como catalisadores em muitos processos químicos e eletroquímicos, como, por exemplo, o refinamento de petróleo e a conversão de dióxido de carbono (CO2) em matérias-primas para a indústria.

O estudo dos complexos metálicos mistos é muito importante no contexto do desenvolvimento de catalisadores. Entretanto, essa tarefa é desafiadora, principalmente quando envolve materiais metaestáveis, que existem apenas por curtos intervalos de tempo.

“Este artigo apresenta pela primeira vez uma combinação de procedimentos experimentais e computacionais para identificar e caracterizar complexos metálicos estáveis e metaestáveis”, conta o professor da Universidade de São Paulo (USP) Juarez Lopes Ferreira da Silva, integrante do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) – um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) apoiado por FAPESP e Shell.

Silva coordenou a equipe computacional do trabalho, formada por membros do CINE, enquanto o professor Roland A. Fischer, da Universidade Técnica de Munique (Alemanha), liderou os estudos experimentais.

Bibliotecas vivas

O artigo introduz o conceito de “bibliotecas vivas” para lidar com o dinamismo dos complexos metálicos mistos. Cada uma dessas bibliotecas é formada por uma família de complexos metálicos que têm os mesmos componentes e condições iniciais, bem como pela evolução desses materiais ao longo do tempo, desde a sua formação, a partir de compostos organometálicos, até as mudanças que sofrem ao reagir com diversas substâncias.

“Um dos pontos fortes do presente trabalho foi o desenvolvimento de ferramentas computacionais para construir famílias de complexos metálicos para uma dada composição química”, conta Silva. Para isso, a equipe do CINE usou cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT) e ferramentas de mineração de dados. “Esses dados foram validados por resultados experimentais, fornecendo, portanto, uma contribuição muito importante para o desenvolvimento de estratégias e técnicas de caracterização de novos materiais”, completa.

Seguindo essa metodologia, os autores construíram uma série de bibliotecas de complexos metálicos baseados em átomos de cobre e zinco ligados a hidrocarbonetos. Usando as ferramentas computacionais, a equipe brasileira propôs estruturas capazes de oferecer boa reatividade para cada composição química. Finalmente, os materiais foram testados como catalisadores na conversão de CO2 em novos produtos.

“O desenvolvimento de novos catalisadores é fundamental para acelerar reações que gerem novos produtos para uma economia de baixo carbono”, diz Silva. “E os desenvolvimentos realizados neste trabalho vão acelerar o avanço desta classe de materiais.”

A pesquisa foi realizada com financiamento da FAPESP (projetos 17/11631-2 e 18/21401-7), da Shell e da German Research Foundation, além do suporte estratégico da Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP).

O artigo A living library concept to capture the dynamics and reactivity of mixed-metal clusters for catalysis pode ser lido em: www.nature.com/articles/s41557-024-01726-3#Fun.

* Com informações de Veronica Savignano, do CINE.