Síntese otimizada e funcionalização de redes tridimensionais organometálicas (MOFs) para adsorção de gases

Abstract

As estruturas metalorgânicas (MOFs) receberam intenso interesse na última década devido à sua ampla aplicação. A MOF mais produzida no mundo é a HKUST-1 ou Cu3(BTC)2, formada por nós metálicos de cobre e pelo ligante ácido 1,3,5-benzentricarboxílico (BTC). Com vasta aplicação industrial, favorece o desenvolvimento de rotas alternativas para sua fabricação, além do aprimoramento de métodos existentes devido ao surgimento recente dessas estruturas. Algumas falhas encontradas nos procedimentos de obtenção de MOFs incluem tempo de preparo, utilização de reagentes não ambientalmente amigáveis e, para o caso de filmes finos metalorgânicos (SURMOFs), a possibilidade de deposição em diferentes superfícies. Assim, o propósito desta tese foi investigar os métodos de obtenção de MOFs como filmes finos e MOFs particulados, visando encontrar rotas mais simples para orientar o crescimento das estruturas metalorgânicas em substratos de sílica, otimizar o tempo de obtenção de MOFs particulados, e encontrar alternativas sustentáveis ao uso de solventes orgânicos durante o processo. Os resultados dessa investigação incluem a formação pela primeira vez de SURMOFs pelo método spray layer-by-layer com orientação preferencial na direção [222] sobre a superfície de sílica SBA-15 ativada, confirmada por difração de raios-X (DRX) e a construção da MOF corroborada pelas bandas 1652 cm−1 and 1384 cm-1 características dos grupos C=O presentes no ligante precursor (BTC) obtidas por infravermelho com transformada de Fourier (FTIR). Esse estudo também mostrou que a utilização de irradiação ultrassom com energia localizada por baixíssimo tempo (1 min e 5 min) durante o processo de síntese permite a formação de Cu-BTC com alto rendimento de 78,1%, baseado na quantidade de cobre. As estruturas obtidas se mostraram alongadas, com formação inédita de bastão com tamanhos de 1–2 μm. Esses resultados foram comprovados por DRX, FTIR, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Enquanto a maioria das metodologias emprega solventes orgânicos, este trabalho também avaliou com sucesso a possibilidade de utilizar água para a fabricação de MOFs em diferentes proporções metal-ligante (Cu:BTC 1,8:1 e 1:1), buscando a formação de estruturas metalorgânicas altamente organizadas. Além de sintetizadas em ambiente aquoso, essas MOFs apresentaram capacidade de captura de dióxido de carbono, e contribui para o desenvolvimento de materiais sustentáveis. Em resumo, os resultados do estudo e modificação dos métodos colaborou significativamente para o aprimoramento das sínteses de MOF e suas aplicações.