p Os químicos podem regular racionalmente a reatividade de moléculas e grupos funcionais em processos de química orgânica sintética industrial e laboratorial. O conceito pode ser aplicado a nanomateriais inorgânicos, incluindo nanofolhas bidimensionais (2-D) de fósforo preto (BP). Por exemplo, os cientistas podem "desligar" a alta reatividade de fósforo preto de poucas camadas ou monocamada, quando o composto não está em uso, para retomar sua atividade mediante solicitação. Em um novo relatório agora publicado em Avanços da Ciência , Xiao Liu e uma equipe de cientistas da física, biomateriais, A engenharia química e a química biológica na China desenvolveram um método de proteção baseado na química para regular a reatividade do fósforo preto. p Para iniciar a etapa de proteção, eles ligaram cátions de alumínio (Al ³⁺ ) com pares de elétrons isolados do fósforo preto (BP) e diminuiu a densidade do elétron na superfície do fósforo preto. Eles concluíram o processo com uma camada resistente a oxigênio / água por meio da automontagem de hidrofóbico (ódio à água) 1, 2-benzenoditiol (BDT) no fósforo preto / alumínio (BP / Al ³⁺ ) conjugado. A etapa de proteção produziu um composto estável com baixa reatividade. Usando um processo de tratamento quelante, Liu et al. subsequentemente alcançou a desproteção do BP / Al ³⁺ / Complexo BDT para remover cátions de alumínio e BDT da superfície do fósforo preto. Desta maneira, eles recuperaram a densidade de elétrons do fósforo preto usando o processo de desproteção para restaurar a reatividade ao composto.

p Ajustando as propriedades dos nanomateriais

p Liu et al. desenvolveu racionalmente um método de proteção baseado em química para controlar a reatividade do fósforo preto durante este trabalho. Na nanociência, os pesquisadores podem ajustar com precisão as propriedades dos nanomateriais para obter as características desejadas. Regular a reatividade dos nanomateriais é fundamental para aplicativos programáveis ​​em várias etapas. Alguns nanomateriais podem ser protegidos para reduzir sua reatividade sob condições específicas e restaurar a atividade após uma desproteção bem-sucedida. Os pesquisadores, portanto, propuseram uma série de estratégias seletivas e eficientes para regular a reatividade de grupos funcionais em química orgânica.

p Contudo, os processos protetores-desprotetores orgânicos bem estabelecidos existentes não podem ser aplicados a nanomateriais inorgânicos devido à falta de grupos funcionais semelhantes. Como resultado, uma abordagem eficiente e simples para controlar a reatividade de materiais inorgânicos ainda precisa ser desenvolvida. Para conseguir isso, a equipe começou a ligar o fósforo preto com cátions de alumínio (Al ³⁺ ) para diminuir a densidade de elétrons de superfície e diminuir efetivamente sua reatividade. O processo de proteção produziu um arranjo do tipo hidrofóbico (ódio à água) 1, Molécula de 2-benezenditiol (BDT) na presença de fósforo preto e Al ³⁺ cátions para oferecer um complexo ultra-estável (BP / Al ³⁺ / BDT). O composto foi estável em condições ambientais por até dois meses sem alterações. A equipe pode desproteger o complexo instável por meio do tratamento quelante.

p Síntese e caracterização do BP / Al ³⁺ / Composto BDT

p Liu et al. sintetizou e caracterizou (testou) o fósforo negro em massa (BP) seguindo um método desenvolvido anteriormente. A equipe obteve primeiro nanofolhas BP através da sonicação da forma em pó da molécula, em seguida, usando microscopia eletrônica de varredura e microscopia eletrônica de transmissão (TEM), eles observaram o tamanho da PA. O TEM de alta resolução também forneceu informações sobre a estrutura da nanofolha e a microscopia de força atômica revelou a espessura do BP com quatro a seis camadas individuais de fosforeno. Usando difração de raios-X e espectros Raman, a equipe determinou que as características do cristal de BP são semelhantes à sua forma volumosa. Na etapa de proteção da ligação catiônica à superfície do BP, Liu et al. BP misturado com cloreto de alumínio (AlCl ₃ ) em uma solução de etanol. Eles então caracterizaram o apego bem-sucedido de Al ³⁺ cátions para a superfície do BP para fortalecer a proteção do BP, empregando espectroscopia de fotoelétrons de raios-X. A equipe observou a nanomorfologia do composto e estudou a conformação da superfície usando microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) e ainda verificou sua estrutura com espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e ressonância magnética nuclear de próton ( ¹ HNMR).

p Regulando a reatividade do BP / Al ³⁺ / Composto BDT

p Liu et al. investigou a reatividade do BP / Al ³⁺ / BDT complexo, empregando uma variedade de técnicas ópticas em ciência dos materiais para compreender sua estrutura. As imagens correspondentes mostraram a evolução da estrutura cristalina e a estabilidade de longo prazo nas condições ambientais. A estabilidade do BP / Al ³⁺ / O complexo BDT foi superior ao fósforo preto sozinho e os resultados destacaram a praticidade de incorporar o fósforo preto no composto. A equipe creditou a reatividade reduzida da estrutura complexa a dois fatores; primeiro, o cátion alumínio se ligando à superfície do fósforo preto tornou a reatividade química mais baixa. Segundo, a matriz densa hidrofóbica automontada na superfície do fósforo preto isolou a molécula do oxigênio e da água para evitar degradação posterior, melhorando a estabilidade do composto.

p Desprotegendo o BP / Al ³⁺ / Composto BDT

p A equipe de pesquisa desprotegeu o complexo ultraestável removendo o cátion alumínio da superfície do composto. Eles realizaram esta etapa com um quelante de íon metálico convencional - edetato de sódio (EDTA-4Na). Durante o processo, Liu et al. também removeu as moléculas BDT hidrofóbicas juntamente com cátions de alumínio, para obter a superfície hidrofílica resultante (amante da água) com potencial zeta negativo, semelhante em forma à molécula de fósforo preto original. O processo de regulação protetora-desprotetora permitiu aos cientistas controlar reversivelmente a reatividade do fósforo preto. Os resultados sugerem a capacidade de regular com eficiência a reatividade da molécula na prática.

p Panorama

p Desta maneira, Xiao Liu, e colegas desenvolveram uma nova abordagem baseada na química protetora para regular racionalmente a reatividade do fósforo preto (BP). Durante a etapa de proteção, eles ligaram cátions de alumínio (Al ³⁺ ) ao único par de elétrons no BP para diminuir sua densidade de elétrons de superfície. Esta etapa de proteção aumentou a funcionalização do hidrofóbico (ódio à água) 1, 2-benezenditiol (BDT), na BP / Al ³⁺ superfície conjugada para formar uma camada hidrofóbica densa, o que reduziu bastante a reatividade do fósforo preto. A equipe então usou um quelador para remover os cátions de alumínio do fósforo preto para reverter a molécula de volta à sua alta densidade de elétrons original, superfície hidrofílica (que adora água). O BP desprotegido apresentou alta reatividade em seu estado original. O método forneceu uma abordagem ajustável para manipular a reatividade do BP, o que é difícil de conseguir por meio da funcionalização convencional. Esta estratégia de proteção pode ser explorada para regular a reatividade dos nanomateriais para criar nanoestruturas programáveis ​​futurísticas para aplicações na ciência dos materiais. p © 2020 Science X Network