Aspectos fundamentais do estado amorfo de compostos metalorgânicos: uma abordagem por ressonância magnética em estado sólido

Resumo

O principal objetivo desta proposta é catalisar uma nova linha de pesquisa no Grupo de Ressonância Magnética do IFSC-USP. A pesquisa será focada na caracterização estrutural de materiais amorfos, como redes metalorgânicas (MOF) e polímeros de coordenação (CP) não-cristalinos. Grande atenção tem sido dada à pesquisa sobre MOFs desde sua descoberta. Graças à sua versatilidade química e à possibilidade de porosidade permanente (com as maiores áreas superficiais relatadas até o momento), esses compostos são quotados para uma variedade de aplicações, como armazenamento de gás, separação de espécies moleculares, armazenamento de energia, catálise, fotônica, farmacêutica, entre outros. A grande maioria das pesquisas nesta área é voltada para compostos cistalinos. No entanto, na última década notou-se que muitas das propriedades relevantes dos MOFs não estão ligadas à sua cristalinidade. Pelo contrário, a transição para o domínio amorfo proporciona uma variedade de vantagens para esses materiais, como a possibilidade de obtenção de morfologia monolítica única, ausência de contornos de grão, presença de defeitos como vias de funcionalização e flexibilidade de tamanhos e formas. Desde então, há um interesse crescente em MOFs amorfos, especialmente os que apresentam fase vítrea. A pesquisa neste campo ainda está em seus estágios iniciais. Existem muitas questões em aberto sobre a compreensão da estrutura desses materiais e os mecanismos de amorfização. Devido ao seu caráter amorfo, técnicas amplamente utilizadas para a determinação estrutural de materiais cristalinos, como a difração de raios X, não podem ser aplicadas ao domínio amorfo. Para contribuir com este campo, propomos realizar uma caracterização estrutural detalhada de composições selecionadas, principalmente usando técnicas de RMN e Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) em solidos, empregando, em particular, abordagens técnicas ainda não aplicadas a MOFs e CPs amorfos. Essas técnicas podem fornecer informações locais sobre (i) a estrutura de ligantes orgânicos; (ii) o ambiente químico dos sítios metálicos; (iii) a interação entre componentes orgânicos e inorgânicos; e (iv) a distribuição de ligantes ao redor do centro metálico (no caso de compostos de ligantes mistos). Paralelamente a esse objetivo, formaremos recursos humanos treinando alunos de graduação e pós-graduação com conceitos multidisciplinares de RMN e EPR de estado sólido e ciência dos materiais. Finalmente, em um estágio mais avançado o projeto envolverá uma etapa exploratória, onde serão testadas e caracterizadas novas composições de MOFs vítreos e compósitos, focando principalmente em materiais com propriedades luminescentes promissoras, para futuras aplicações em fotônica. (AU)