Modelado computacional desarrolla estructuras que pueden ayudar al medioambiente

 13-03-2022
Ricardo Cocoletzi
   

 

Crédito foto: CDC vía Unsplash

Crédito foto: CDC vía Unsplash

 

Científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han desarrollado un modelo computacional con el cual se podrán analizar estructuras metal-orgánicas (MOF). Esta aplicación, desarrollada por ingenieros químicos computacionales, ayudaría al medioambiente, además de determinar las características de esta clase de sistemas para predecir si su estructura es estable al ser utilizada.

Entre los usos que se le pueden brindar a este tipo de estructuras están la captura de gases nocivos para el medioambiente y la catálisis en reacciones químicas. Adicionalmente, es necesario mencionar que su naturaleza metálica abre la posibilidad de diversos arreglos moleculares en el futuro.

"Esto permitirá a los investigadores probar la promesa de materiales específicos antes de que se tomen la molestia de sintetizarlos", dice Heather Kulik, profesora asociada de ingeniería química en el MIT. Este desarrollo promete acortar los tiempos de investigación y sobre todo, optimizar los recursos destinados al desarrollo tecnológico.

Es necesario aclarar que la estructura química de los MOF se basa en átomos metálicos unidos por moléculas enlazadoras. Estas últimas son moléculas orgánicas capaces de brindarles la oportunidad de forjar una estructura parecida a una jaula. Además, al ser materiales porosos, esto brinda la posibilidad de una interacción química con gases.

Si se habla solo de la posibilidad de generar estructuras, los MOF ofrecen posibilidades ilimitadas en cuanto a la formación de estas jaulas y el cuidado del medioambiente. Desafortunadamente, uno de los principales inconvenientes para el uso de los metales-orgánicos es su estabilidad: no todas las estructuras son lo suficientemente estables o solo son estables en condiciones de laboratorio.

Este tipo de inconveniente dificulta la posibilidad de la producción a escala industrial y su aprovechamiento para colaborar con el medioambiente. "La limitación de los MOF a escala industrial es que, aunque podemos controlar sus propiedades estructurales, no son necesariamente tan estables", dice Kulik. "Son muy porosos y pueden degradarse en las condiciones necesarias para la catálisis".

"La fabricación de los MOF es básicamente prueba y error, nosotros buscamos la manera de acortar ese camino con los diseños computacionales a fin de tener a los mejores candidatos. Con el diseño de alternativas más viables, los MOF aun pueden ser estudiados, lo cual ayudaría a perfeccionar las características de las propuestas y contribuir con el medioambiente" agrego Kulik.

A partir de un algoritmo de procesamiento para lenguaje natural, Kulik y sus colegas analizaron 400 informes publicados sobre estructuras y propiedades de MOF. Posteriormente, extrajeron la información de interés relacionada con la temperatura a la que se descompondría un MOF determinado. También se analizaron datos respecto a si pueden soportar las condiciones necesarias para eliminar los solventes utilizados en su fabricación.

Con toda la informacion reunida, el equipo de Kulik utilizó dos redes neuronales, las cuales fueron entrenadas para buscar nuevas propuestas de MOF. Con ello se pretende encontrar nuevos y mejores MOF con buena estabilidad térmica y sobre todo, un balance durante la eliminación del solvente.

Por otro lado, Aditya Nandy, colaboradora de Kulik, recalco la complejidad de determinar la estabilidad de un MOF debido a la gran cantidad de variables dentro de la estructura. "Los MOF tienen muchas cosas que pueden variar al mismo tiempo, como el metal, los enlazadores, la conectividad y el tamaño de los poros. De ahí que sea difícil determinar quien gobierna la estabilidad en las diferentes familias de MOF", explica la científica.

"Sin embargo, nuestros modelos permiten a los investigadores hacer predicciones sobre materiales existentes o nuevos, muchos de los cuales aún no se han realizado" concluyó Nandy. Los investigadores han colocado en línea sus datos y modelos para ser utilizados por científicos interesados, además han ofrecido la posibilidad de aceptar propuestas para nuevos diseños de MOF.

Actualmente, el equipo del MIT se encuentra trabajando en estructuras metal-orgánicas capaces de catalizar la conversión de gas metano en metanol y poder utilizarlo como combustible. De igual forma, Kulik pretende trabajar con modelos de MOF hipotéticos y con eso, obtener más recursos para futuras aplicaciones. Lo anterior podría ser capaz de ayudar al mediombiente y mejorar las condiciones del aire.

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