Em um artigo recentemente publicado na prestigiada revista Nature Chemistry, pesquisadores do 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 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, os quais 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”, diz o professor Juarez L. F. Da Silva (USP), pesquisador do CINE que coordenou a equipe computacional deste trabalho, formada por membros do CINE, enquanto o professor Roland A. Fischer (TUM, 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, e pela evolução desses materiais ao longo do tempo, desde a sua formação a partir de compostos organometálicos até as mudanças que sofrem ao reagirem 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 o professor Juarez. Para isso, a equipe do CINE usou cálculos de teoria do funcional da densidade (DFT) e ferramentas de mineração de dados. “Estes resultados 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 do artigo construíram uma série de bibliotecas de complexos metálicos baseados em átomos de cobre e zinco ligados a hidrocarbonetos. Usando as ferramentas computacionais desenvolvidas, a equipe brasileira propôs estruturas capazes de oferecer boa reatividade para cada composição química. Finalmente, os materiais foram testados como catalisadores na conversão de dióxido de carbono em novos produtos.

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

A pesquisa foi realizada com financiamento da Fapesp, Shell e German Research Foundation, além do suporte estratégico da ANP.

Referência do artigo científico: Raphael Bühler, Max Schütz, Karla F. Andriani, Marcos G. Quiles, João Paulo A. de Mendonça, Vivianne K. Ocampo-Restrepo, Johannes Stephan, Sophia Ling, Samia Kahlal, Jean-Yves Saillard, Christian Gemel, Juarez L. F. Da Silva & Roland A. Fischer. A living library concept to capture the dynamics and reactivity of mixed-metal clusters for catalysis. Nature Chemistry (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01726-3

Membros do CINE que participaram do trabalho: Karla F. Andriani (pós-doutoranda na época do trabalho), Marcos Quiles (pesquisador e vice-coordenador do programa de Design Computacional de Materiais), João Paulo A. de Mendonça (pós-doutorando na época do trabalho), Vivianne K. Ocampo-Restrepo (doutoranda na época do trabalho) e Juarez L. F. Da Silva (pesquisador e coordenador do programa de Design Computacional de Materiais).