Um método para criar nanopartículas sem o uso de solventes pode levar a produtos eletrônicos ecologicamente corretos.

Nanopartículas de composição e tamanho controláveis ​​têm grande potencial na área elétrica, dispositivos ópticos e químicos, mas devem ser criados de forma segura e econômica. Kazuhiro Takanabe e colegas de trabalho da KAUST agora relatam um método simples para sintetizar nanopartículas de sulfeto de metal em baixa temperatura sem o uso de solventes prejudiciais ao meio ambiente.

Sulfuretos metálicos, que são materiais cristalinos que combinam um ou mais átomos de metal com átomos de enxofre, tem excelente eletronica, propriedades ópticas e termoelétricas. Nanopartículas desses materiais são uma perspectiva interessante para o desenvolvimento de dispositivos miniaturizados. Mas, desenvolver esses dispositivos minúsculos depende de um simples, método eficiente e seguro para a criação de nanoestruturas de sulfeto de metal, de preferência em escala comercial. O método ideal não deve exigir o uso de altas temperaturas ou solventes que tenham um impacto negativo ao meio ambiente ou à saúde humana.

Takanabe e sua equipe agora demonstram um método sem solvente para a criação de uma ampla gama de nanopartículas de sulfeto de metal usando um composto orgânico contendo enxofre chamado tioureia.

Significativamente, os materiais de sulfeto alvo podem até mesmo ser sintetizados ao ar livre. "Nosso objetivo era tornar a síntese simples e robusta, "diz Takanabe.

A equipe adiciona tioureia e um óxido ou nitrato do metal (ou metais) a um cadinho. Quando aquecido a uma temperatura relativamente baixa de cerca de 200 ° C, a tiouréia derrete. Isso fornece os átomos de enxofre necessários e também desempenha o mesmo papel que um solvente em uma abordagem convencional, atuando como centros de base que reagem com a fonte de metal.

Os pesquisadores usaram seu método para produzir nanopartículas complexas de sulfeto de metal quaternário, ou seja, CuGa2In3S8. Foi observado que um polímero orgânico se formou simultaneamente em torno das nanopartículas de sulfeto, criando uma camada de cobertura. Eles caracterizaram os materiais usando técnicas de ressonância magnética nuclear de estado sólido (NMR) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (TEM) para investigar sua morfologia e entender o polímero capping.

Takanabe explica como o Laboratório Central de Imagem e Caracterização da KAUST foi crucial nesta etapa. "Nesse artigo, o Core Lab realizou a análise de materiais com NMR e TEM, o que foi crucial para relacionar o tamanho das nanopartículas de sílica às suas propriedades dielétricas. A análise TEM produziu as imagens das nanopartículas, adquirido em resolução em escala nanométrica e, portanto, tornou mais fácil estimar as dimensões das nanopartículas. Além disso, o prisma de elétrons instalado no instrumento TEM permitiu determinar as distribuições espaciais dos elementos constituintes nas nanopartículas, que também acabou sendo igualmente importante neste trabalho. "

Os resultados mostram que um polímero de nitreto de carbono orgânico se forma de forma controlada do lado de fora, no entanto, a composição exata desse polímero depende da temperatura de síntese e das proporções dos precursores.

A equipe de Takanabe indicou a utilidade de suas nanopartículas usando-as como fotocatalisador para a evolução do hidrogênio, onde os íons de enxofre venenosos se tornam seguros em uma solução aquosa. "Este estudo abre o novo protocolo de síntese para nanopartículas de sulfeto de metal, que são úteis para várias aplicações, "diz Takanabe.

"Temos a sorte de este Laboratório central fornecer aos pesquisadores análises de materiais de alta qualidade, adquirindo instrumentação de última geração e os melhores talentos, " ele adiciona.