p (PhysOrg.com) - O que parece uma bola esponjosa enrolada em fios de lã - mas muito menor - pode ser a chave para desbloquear métodos melhores de catálise, fotossíntese artificial ou divisão da água em hidrogênio, de acordo com os químicos da Rice University, que criaram uma plataforma para analisar as interações entre os nanotubos de carbono e uma ampla gama de materiais fotoluminescentes. p As partículas microscópicas montadas no laboratório de Angel Martí, professor assistente de química e bioengenharia, combinar nanotubos de carbono de parede única com materiais de silicato poroso que podem absorver várias moléculas - neste caso, um complexo de rutênio.

p Martí, O estudante de graduação e autor principal Avishek Saha e seus colegas relataram seus resultados hoje na revista Royal Society of Chemistry Ciência Química.

p A capacidade de imobilizar nanotubos de carbono individuais em uma superfície sólida é interessante o suficiente, mas combinar sistemas supramoleculares com nanomateriais para produzir híbridos é único, eles disseram.

p "Isso pode ser usado como uma plataforma geral para estudar a interação não apenas de complexos de rutênio, mas a maioria das moléculas fotoativas podem ser encapsuladas dentro desses silicatos porosos de uma maneira muito simples, sem modificação química, sem nada, "Marti disse.

p Saha suportou tentativa e erro em cada etapa para trazer as novas partículas à fruição, primeiro descobrindo a melhor maneira de durar, nanotubos de carbono de parede única produzidos pelo processo HiPco do Rice-born de agregação em feixes, permitindo-lhes aderir às partículas.

p A solução sugerida pelo co-autor Matteo Pasquali, um professor de arroz em engenharia química e biomolecular e em química, envolveu a dissolução dos feixes em ácido clorossulfônico, que adicionou prótons - e, portanto, uma carga positiva - a cada nanotubo.

p Essa foi a chave para tornar os nanotubos atraentes para os três tipos de partículas de silicato testados:uma versão comercial do MCM-41, um material mesoporoso usado como uma peneira molecular; outra versão do MCM-41 sintetizado na Rice por Saha, e Zeólito-Y microporoso.

p "Não entendemos totalmente o mecanismo, mas a verdade é que eles têm uma afinidade muito forte com redes de óxido de silício, "disse Marti, descrevendo as partículas envoltas em nanotubos. "Uma vez que eles são protonados, eles apenas ligam. "

p Mas isso não foi suficiente para criar uma plataforma adequada porque as nanopartículas protonadas não são mais fotoluminescentes, uma qualidade que os pesquisadores exigiam para "ver" essas estruturas minúsculas em um espectroscópio. "Nanotubos protonados são legais, mas queremos ter nanotubos imaculados, "Martí disse.

p "Ficamos presos lá por um tempo. Tentamos muitas coisas, "disse ele. Acetona, amônia, clorofórmio e outras substâncias desprotonariam os nanotubos, mas também os libertaria das esponjas de silicato e permitiria que se aglomerassem. Mas a vinilpirrolidona (VP) fez o truque, dando aos nanotubos um revestimento semelhante a um polímero, enquanto os devolvia aos seus estados primitivos.

p "Isso se torna interessante não apenas do ponto de vista de obter nanotubos individualizados no topo de uma superfície, mas também porque obtivemos fluorescência de nanotubos não de uma solução, mas de um material sólido, "Martí disse.

p O experimento deu um passo crítico adiante quando os pesquisadores introduziram moléculas de rutênio na mistura. Os silicatos absorveram as moléculas de rutênio, colocando-os em estreita proximidade com uma série de nanotubos. Sob um espectroscópio, os complexos de rutênio fotoluminesciam, mas eles viram algo inesperado na interação.

p "Basicamente, descobrimos que se você colocar uma espécie fotoativa (rutênio) lá e excitar com luz, dois processos diferentes acontecem. Se houver nanotubos de carbono por perto, ele vai transferir um elétron para os nanotubos. Há uma transferência de carga, e sabíamos que isso aconteceria, "Martí disse." O que não esperávamos quando analisamos o espectro era ver duas espécies diferentes de complexos de rutênio, um com uma vida de fotoluminescência muito curta e outro muito longo. "

p Os pesquisadores teorizaram que o rutênio no centro da esponja estava muito longe dos nanotubos para transferir elétrons, portanto, manteve sua luminescência padrão.

p A pesquisa leva a algumas possibilidades interessantes para a ciência dos materiais, Saha disse. "O próprio MCM tem muitas aplicações (como uma peneira mesoporosa em refinarias de combustível, por exemplo), e os nanotubos de carbono são materiais maravilhosos nos quais muitas pessoas estão interessadas. Estamos apenas combinando esses dois em um material híbrido que pode ter as virtudes de ambos. "

p Enquanto os tamanhos dos poros em zeólitas são bloqueados por sua estrutura cristalina em 0,7 nanômetros, poros em MCM podem ser personalizados, como Saha fez, para absorver materiais específicos. "Há muitas coisas que podemos fazer para ajustar o sistema que não exploramos, "disse ele; combinar moléculas de metal ou mesmo pontos quânticos com MCM e nanotubos pode levar a resultados interessantes.

p Martí disse que colocar nanotubos carregados na superfície de um sólido também abre a porta para usá-los como catalisadores na conversão de energia solar. "Você precisa dessa força motriz, aquela separação de carga, para fotossíntese artificial, " ele disse.