Um time de pesquisa sintetizou e determinou, pela primeira vez, a estrutura de uma estrutura orgânica covalente tridimensional (COF) ligada a boratos, denominada TCTP-COF, por meio de difração eletrônica. Essas descobertas são cruciais para que cientistas compreendam as relações entre estrutura e propriedades de outras COFs tridimensionais e possibilitem a sua adaptação para aplicações avançadas.

Desafios na química de materiais

Enfrentar os principais desafios da sociedade requer inovações na química de materiais para atingir metas específicas, como a captura de carbono para mitigar as mudanças climáticas, a absorção de produtos químicos tóxicos para a recuperação ambiental e a entrega de compostos essenciais para o tratamento de doenças. Nesse cenário, as estruturas orgânicas covalentes tridimensionais (3D COFs) se destacam como promissoras em todas essas aplicações potenciais.

As COFs são polímeros cristalinos porosos e altamente ordenados, com a capacidade de serem utilizadas como eletrodos em baterias e como catalisadores para acelerar reações químicas, o que gera intenso interesse em pesquisa e desenvolvimento. No entanto, a síntese confiável de COFs altamente ordenados continua a ser um desafio.

Uma nova abordagem com ligações de borato

Para superar as dificuldades na produção de COFs, um grupo de pesquisadores do National Institute of Natural Sciences (NINS), da Universidade de Osaka, da Universidade de Nagoya, da SOKENDAI e da Comprehensive Research Organization for Science and Society no Japão, utilizou métodos de difração de microcristais eletrônicos (microED) para sintetizar e determinar a estrutura de uma COF cristalina ligada a espirorato. O estudo foi publicado na revista Science Advances.

O professor associado Yasutomo Segawa, um dos autores do artigo, destacou que o foco foi nas anions de borato como um novo motivo de ligação para a construção de COFs cristalinas tridimensionais. “Os boratos são conhecidos por formar estruturas rígidas e estáveis”, afirmou Segawa. A pesquisa sugere que essa abordagem pode ser estendida à construção de COFs altamente cristalinas.

Atualmente, a maioria das COFs cristalinas depende de ligações iminas, o que limita a diversidade estrutural. A exploração de novos modos de formação de ligações, como o motivo de ligação de íons de borato, permite expandir a variedade de COFs sintetizadas e descobrir novas relações entre estrutura e função.

Avanços na síntese e estrutura do TCTP-COF

Na pesquisa, os anions de borato, que contêm boro e oxigênio, foram utilizados como blocos de construção. Os pesquisadores conseguiram sintetizar uma COF 3D com a topologia nbo, conhecida por sua porosidade permanente e alta estabilidade térmica. O TCTP-COF apresenta uma estrutura cristalina e uma rede aberta.

Segawa ressaltou que os achados não apenas reportam a primeira elucidação estrutural de uma COF cristalina ligada a boratos via difração eletrônica, mas também demonstram o potencial de análogos de hetero[8]circuleno como blocos de construção robustos para estruturas tridimensionais complexas. Essas descobertas abrem caminho para a construção precisa de COFs iônicas funcionais e a exploração de suas relações estrutura-propriedade para aplicações avançadas.