Estrutura cristalina de um hidrato de brometo encontrado com radiação síncrotron

Os pesquisadores resolveram um mistério que confundiu os cientistas há 80 anos: a estrutura cristalina do brometo de tetra-n-butilamônio (TBAB) tbab · 26h₂O. Esta substância pertence a uma classe de materiais cristalinos chamados hidratos semiclatratos, que se formam a partir da combinação de íons e água.

Desde a sua descoberta em 1940, este tbab hidrato tem sido amplamente utilizado em uma variedade de aplicações, incluindo ar condicionado. A compreensão da estrutura cristalina desse importante hidrato de semiclatrato ajudará os cientistas e engenheiros a utilizar melhor o hidrato de TBAB.

Os resultados foram compartilhados em um artigo publicado em Crescimento e design de cristal em 17 de julho.

“Por 80 anos, a estrutura cristalina do hidrato de TBAB amplamente utilizado (TBAB · 26h₂O) permaneceram sem solução, apesar de sua importância nas aplicações de armazenamento de energia térmica. Essa ambiguidade estrutural dificultou a compreensão científica e a otimização prática do materials. Nosso objetivo period determinar definitivamente a estrutura usando a radiação síncrotron e esclarecer seu arranjo molecular “, disse Sanehiro Muromachi, professor associado da Universidade Nacional de Yokohama em Yokohama, Japão e Hironobu Machida, engenheira -chefe da Panasonic Company em Osaka, Japão.

Materiais funcionais à base de água-incluindo hidrogéis, polímeros aquosos, cristais líquidos e hidratos de clatrato-vasculham as propriedades únicas da água e são usadas em vários processos industriais. A água é abundante e sustentável, tornando -a uma parte importante dos processos industriais sustentáveis. Tbab · 26h₂O é um hidrato semiclathrato que pode armazenar energia fria em temperaturas adequadas para aplicações de ar condicionado. É feito de uma molécula de hóspedes de TBAB cercada por uma gaiola de moléculas de água ligada a hidrogênio.

Enquanto outros hidratos semiclathrato com uma molécula de hóspedes TBAB tiveram suas estruturas descobertas, a estrutura cristalina do TBAB · 26h₂O permaneceu um mistério, apesar de seu amplo uso. Pesquisas anteriores sugeriram uma estrutura de treliça tetragonal, mas isso não poderia explicar completamente todas as propriedades do TBAB · 26h₂O.

Os pesquisadores usaram uma instalação de radiação síncrotron chamada Tremendous Photon Ring-8, ou Spring-8 em Sayo City, Japão. Durante Radiação síncrotronpartículas carregadas viajam ao longo de um caminho curvo e liberam radiação eletromagnética. A estrutura do hidrato tetragonal de Tbab period uma estrutura de hidrato tipo III de Jeffrey, um dos tipos conhecidos, mas com características únicas. Tem uma composição idêntica à encontrada em outro hidrato de semiclathrato TBA chamado TBA (não₃), mas com um arranjo diferente, resultando em um cristal mais denso.

Compreender essa nova estrutura revela propriedades de armazenamento de calor do TBAB · 26h₂O, que pode ser aplicado a uma variedade de aplicações práticas. Em specific, introduz novas opções para projetar materiais de armazenamento de calor com base em hidratos. Este é um achado importante que pode ajudar a reduzir o CO₂ emissões.

“Resolvamos com sucesso a estrutura cristalina do TBAB · 26h₂O Pela primeira vez, revelando uma superestrutura tetragonal única que acomoda o cátion em uma nova configuração de gaiola “, disse Muromachi.

“Essa estrutura explica as características de armazenamento de calor do materials e fornece novos princípios de design para materiais funcionais baseados em hidrato. Compreendendo essa estrutura abre a porta para a engenharia melhor armazenamento térmico e aplicações relacionadas”, disse Machida.

Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam usar esse novo entendimento da estrutura cristalina do hidrato de TBAB para criar materiais avançados à base de água e contribuir para tecnologias com eficiência energética, como ar condicionadoseparação de gás e captura de carbono.

“O próximo passo é aplicar esse conhecimento estrutural e procurar expandir esses princípios estruturais para outros sistemas de formação de hidratos, incluindo polímeros e matéria suave”, Muromachi.

Outros colaboradores incluem Nobuhiro Yasuda e Hiroyasu Masunaga, do Japan Synchrotron Radiation Analysis Institute (JASRI); Takeshi Sugahara, da Universidade de Osaka; e Hironobu Machida da Panasonic Company.