Estudo téorico computacional em MOFS: adsorção de H2S, SO2 e H2S...SO2 em MOF-74 e MIL-47

Abstract

A qualidade do ar representa um desafio crítico para a saúde humana e o equilíbrio ambiental, especialmente diante do crescente impacto industrial. A poluição atmosférica, originada principalmente pela queima de combustíveis fósseis, libera diversos gases nocivos que comprometem o meio ambiente e a saúde humana. Gases como metano (CH4), sulfeto de hidrogênio (H2S), dióxido de enxofre (SO2) e monóxido de carbono (CO) são responsáveis por significativos danos ambientais, incluindo fenômenos como chuva ácida e aquecimento global. Em altas concentrações algum desses gases podem apresentar elevada toxicidade, provocando sérios problemas neurológicos e respiratórios, desde irritações até quadros potencialmente fatais. Para enfrentar esses desafios, pesquisadores têm desenvolvido estratégias inovadoras de monitoramento e purificação atmosférica. Nesse contexto, emergem as estruturas organometálicas (MOFs), materiais avançados com potencial promissor na captura de substâncias poluentes. Duas estruturas se destacam: a MOF-74, conhecido por suas amplas possibilidades estruturais e grandes capacidades de adsorção, e a MIL-47, reconhecido por sua biocompatibilidade. Por se tratar de estruturas cristalinas complexas, compostas por unidades de construção secundária que interagem com ligantes orgânicos a síntese das MOFs é processo complexo e demanda diversos recursos, o que dificulta uma análise sintética dos processos de adsorção. Uma maneira de evitar desperdícios de recursos, é a aplicação da química computacional, a qual apresenta um papel fundamental, para a modelagem e estudo dessas estruturas. Utilizando métodos de Mecânica Molecular e a Teoria do Funcional de Densidade (DFT), os pesquisadores podem simular interações complexas sem depender exclusivamente de experimentos laboratoriais tradicionais. As simulações computacionais possibilitam calcular a energia do estado fundamental das estruturas adsorvidas, otimizando recursos e tempo de pesquisa, permitindo análises teóricas sofisticadas sobre o comportamento de gases em MOFs. A investigação teórica deste trabalho, concentra-se em analisar detalhadamente, como a MOF-74-I e a MIL-47 interagem com os gases poluentes: sulfeto de hidrogênio (H2S), dióxido de enxofre (SO2) e o dímero composto por ambos (H2S-SO2). Ao estudar a densidade eletrônica e os estados eletrônicos desses materiais, é possível desenvolver soluções mais eficientes para captura e neutralização de substâncias nocivas. Os objetivos específicos incluem otimizar as estruturas dos MOFs, identificar os sítios preferenciais para adsorção dos gases e determinar os mecanismos de interação molecular. Essa abordagem representa uma estratégia inovadora para enfrentar os desafios da poluição atmosférica. A pesquisa computacional de MOFs oferece uma perspectiva promissora para o desenvolvimento de materiais mais eficientes na captura de poluentes, contribuindo significativamente para a mitigação dos impactos ambientais e a melhoria da qualidade do ar.