11 de fevereiro de 2026 – Bochum (Alemanha) – Pesquisadores da Ruhr-Universität Bochum apresentaram um procedimento batizado de Topological Charge Equilibration (TopoQEq) que calcula cargas parciais em estruturas metalorgânicas (MOFs) utilizando somente a conectividade das ligações químicas, dispensando coordenadas tridimensionais detalhadas e prometendo acelerar análises em larga escala.
Descrito na revista Advanced Functional Materials, o método adapta o tradicional Charge Equilibration (QEq) substituindo as distâncias reais entre átomos por distâncias topológicas obtidas a partir do grafo de ligações. Como a conectividade não varia durante flexões ou vibrações, as cargas resultantes tornam-se independentes da geometria, eliminando ambiguidades em materiais flexíveis.
Como funciona
No TopoQEq, cada átomo é representado como um vértice e cada ligação como uma aresta cujo peso corresponde à soma dos raios covalentes dos átomos envolvidos. Um algoritmo de caminho mínimo calcula a distância entre todos os pares de átomos; esses valores substituem as distâncias espaciais nas equações eletrostáticas originais do QEq, garantindo neutralidade global sem ajustes manuais.
Treinamento e validação
Para tornar o modelo transferível, os autores criaram três níveis de tipagem atômica:
- etypes – distingue apenas o elemento químico;
- ctypes – adiciona o número de vizinhos;
- atypes – inclui ainda a identidade dos vizinhos.
Cada tipo de átomo recebeu três parâmetros ajustáveis: largura de distribuição de carga, eletronegatividade e correção de dureza. Esses parâmetros foram otimizados com o algoritmo evolucionário CMA-ES usando dados de referência do banco QMOF. Dos mais de 20 mil MOFs disponíveis, 11.915 contendo metais como zinco, cobre, zircônio, cobalto e níquel foram selecionados; 10.603 estruturas alimentaram o conjunto de treinamento e 1.312 o de teste.
O modelo mais detalhado (atype) alcançou erro absoluto médio de 0,019 unidades de carga elementar, com erro máximo de 0,35 e, superando versões menos detalhadas. Em todos os casos, as cargas somaram exatamente zero.
Imagem: Nanowerk https
Desempenho computacional
Os testes indicaram tempo de execução proporcional ao quadrado do número de átomos (expoente ajustado de 2,19). Para sistemas acima de 10 mil átomos, uma versão esparsa corta interações além de um raio predefinido, adotando correções Wolf e damped shifted force para suavizar o truncamento. Num nanocristalito DUT-49 com 3.636 átomos, essa abordagem reduziu drasticamente o consumo de memória e acelerou a previsão.
Impacto
Por dispensar geometria 3D e manter um sistema linear de baixa complexidade, o TopoQEq difere de soluções baseadas em aprendizado de máquina, mantendo alta precisão com custo computacional reduzido. Os autores destacam que o método remove um gargalo na geração automática de campos de força, facilitando a triagem de grandes bibliotecas de MOFs para aplicações como captura de CO₂, armazenamento de hidrogênio e separação isotópica.
Com informações de Nanowerk
