Nova metodologia computacional para prever a formação complexa de nanoestruturas interessantes

Pesquisadores do grupo do Prof. Carles Bo no Instituto de Pesquisa Química da Catalunha (ICIQ-CERCA) descreveram uma metodologia computacional que simula processos complexos envolvendo diferentes espécies químicas e diversas condições. Esses processos levam à formação de nanoestruturas chamadas polioxometalatos (POMs), com importantes aplicações em catálise, armazenamento de energia, biologia e medicina.

A obra aparece em Ciência Química.

“Nosso grupo desenvolveu recentemente métodos exclusivos para estudar a química de polioxometalatos em solução, seus mecanismos de especiação e formação. Esta pesquisa tem o potencial de descobrir as condições experimentais necessárias para fazer novos materiais”, explica o Prof. Bo.

POMs versáteis

POMs são uma família distinta de nanoestruturas compostas de átomos de metais de transição ligados por oxigênios, formando uma ampla gama de estruturas bem definidas de diferentes tamanhos e formas. Essas nanoestruturas são formadas por meio de processos de automontagem de óxidos de metais simples, dependendo de diferentes fatores, como pH, temperatura, pressão, concentração whole de metais, força iônica e presença de agentes redutores e contra-íons. A soma de todas essas condições complica o controle de sua síntese.

Os pesquisadores agora podem prever o efeito desses fatores e as condições adequadas para produzir uma espécie específica de POM, empregando métodos estatísticos que facilitam o processamento eficiente e escalável de vários modelos de especiação e seus sistemas correspondentes de equações não lineares. Isso é importante, pois a primeira aplicação-chave dessas nanoestruturas está relacionada à catálise, onde os POMs são conhecidos por acelerar várias reações importantes. Por exemplo, usando essas simulações, é possível descrever as condições adequadas que levam à produção de uma espécie de POM responsável por catalisar CO₂ fixação.

Simulador POM

O grupo do Prof. Bo apresentou um pacote de software program de código aberto chamado POMSimulator que ajuda a esclarecer os mecanismos de formação de POMs. Ao lançar uma versão pública do código, os pesquisadores pretendem fornecer uma ferramenta para complementar a descoberta de novos POMs. Além disso, ter uma versão acessível do código significa que outros pesquisadores podem modificar o código fonte com base em suas necessidades.

A metodologia agora apresentada é uma versão mais robusta deste POMSimulator que fornece novos e valiosos insights sobre a distribuição de espécies sob diferentes condições químicas, enriquecendo assim o conhecimento da especiação de sistemas complexos.

“Na época do Massive Knowledge, aprendizado de máquina e inteligência syntheticé essential usar cada bit de informação em nossas mãos. Nosso trabalho levou o POMSimulator ao próximo nível de uso de dados”, disse Jordi Buils, primeiro autor deste trabalho e aluno de Ph.D. no grupo do Prof. Bo.