O professor Yoshitaka Gushikem, do Departamento de Química Inorgânica do Instituto de Química (IQ) da Unicamp, coordena projeto temático financiado pela Fapesp cujo foco é a obtenção e caracterização de materiais porosos e o desenvolvimento de suas aplicações. Além de Gushikem, outros três pesquisadores investigam processos de desenvolvimento de materiais porosos para utilização em sensores químicos – de emprego cada vez mais crescente em análises – e em catalisadores na indústria química. A equipe trabalha ainda na obtenção de membranas utilizadas na separação e purificação de solventes e resíduos, empregadas também na identificação de metais presentes em combustíveis e em bebidas alcoólicas.

Pesquisas envolvem quatro docentes

Iniciado em 2003 e prestes a completar quatro anos, o projeto rendeu, em média, mais de 50 publicações por ano e deu origem a inúmeras patentes, conforme destaca com orgulho o professor Gushikem, que enfatiza ainda a formação de recursos humanos: “Considero os resultados altamente positivos porque os projetos temáticos têm vários objetivos e, no nosso caso, todos foram plenamente alcançados. Um deles é o desenvolvimento de alunos de iniciação cientifica, de estagiários, de pós-graduandos e de pós-doutorandos, que atuam nos laboratórios dos quatro pesquisadores envolvidos no projeto”, comemora.

O professor menciona também as mais de duzentas publicações cientificas resultantes desses quatro anos de trabalho, além das patentes depositadas. “As publicações e as patentes sugerem o alcance dos resultados práticos”, diz ele com entusiasmo.

Pesquisadores de excelência – Gushikem destaca a excelência dos pesquisadores que participam do projeto. O professor Lauro Kubota, responsável pelo Laboratório de Eletroquímica, Eletroanalítica e Desenvolvimento de Sensores, vem já há cerca de 15 anos desenvolvendo materiais e processos para aplicação em análises químicas e clínicas, no caso de sistemas biológicos. Suas pesquisas se orientam principalmente na construção de sensores com fins analíticos.

A professora Maria Izabel Maretti Silveira Bueno, do Grupo de Espectroscopia de Raios-X, desenvolve modelos multivariados de calibração e de classificação não-supervisionada, usando espectrometria de Raios-X, que é uma técnica de análise não-destrutiva (não destrói a amostra), muito rápida, confiável e de baixo custo. Isso permite mapear a distribuição dos elementos no material, o que não seria possível nos processos de análise destrutivos.

A professora Heloise de Oliveira Pastore, responsável pelo Grupo de Peneiras em Materiais Micro e Mesoporosas, agrega aos materiais porosos substâncias que atuam como catalisadores nas transformações químicas, de capital importância industrial, principalmente na petroquímica e química fina. O grupo acabou de solicitar a patente de uma peneira microporosa de carbono em que a morfologia das partículas pode ser controlada.

Gushikem atribui o sucesso do projeto temático à capacidade e grande experiência laboratorial destes pesquisadores. Foi no Laboratório de Química de Superfície, dirigido pelo pesquisador, que se desenvolveu a metodologia para produção de materiais porosos com carbono cerâmico. O pesquisador vem acumulando experiências nesse campo há mais de 20 anos.

Na opinião do cientista, “trabalhos como esses proporcionam aos pesquisadores envolvidos o reconhecimento internacional, o que constitui motivo de orgulho também para os alunos de graduação e pós-graduação que colocaram a mão na massa. Para mim, o mais antigo da equipe, os resultados alcançados renovam o entusiasmo. Trabalhar com esse grupo constitui motivo de profunda satisfação”.

Nos poros dessa base são introduzidas as espécies químicas ativas desejadas. Esse é o procedimento para obter sensores eletroquímicos, na catalise heterogênea de superfície e na obtenção de membranas para separação e purificação de solventes ou para detecção de metais em bebidas.

O achado

Antes do advento dos materiais porosos, as substâncias ativas utilizadas nos sensores ou como catalisadores eram, de alguma forma, depositadas sobre uma superfície condutora, geralmente platina, prata ou ouro. Isto gerava dois problemas mais imediatos: aderência precária, o que exigia reposição constante, e área de contato limitada à superfície do suporte metálico. Surgiu então a idéia de utilizar como base materiais porosos que, face aos interstícios, disponibilizam áreas muito superiores de contato.

Por exemplo: cada 0,5 centímetro quadrado de área do suporte cerâmico dá origem a uma superfície de contato de 200 a 400 metros quadrados, ou até mais, o que possibilita aumentar extraordinariamente a superfície ativa e conseqüentemente a sensibilidade e a velocidade de reação.

Havia, entretanto, um problema: os materiais cerâmicos não são condutores da eletricidade, o que em principio não os credenciaria à utilização em processos eletroquímicos. Surgiu então a idéia de adicionar-lhes carbono-grafite e, depois, certos óxidos metálicos, e mais recentemente o óxido de estanho. O problema foi resolvido. Os óxidos inclusive facilitam a fixação da substância ativa. Estava aberto o caminho para os modernos sensores eletroquímicos e a fixação mais eficiente de catalisadores.

Yoshitaka Gushikem esclarece que a eficiência dos materiais cerâmicos carbono-grafite depende do grau de dispersão dos óxidos e do carbono-grafite, que devem ter dimensões nanométricas, o que garante boa condução elétrica. O esqueleto de sílica confere resistência mecânica e térmica à matriz grande.