p (Phys.org) - O grafeno tem muitas aplicações promissoras por conta própria, mas emparelhar o material bidimensional com o dióxido de titânio semicondutor (TiO ₂ ) estende suas capacidades ainda mais. Uma equipe de químicos da Universidade de Notre Dame em Notre Dame, Indiana, demonstrou que o óxido de grafeno (GO) -TiO ₂ filmes, quando iluminado, faz com que os elétrons saltem de um lado do filme para o outro. Ao adicionar íons de prata à imagem, esse salto de elétrons pode criar filmes que têm um semicondutor de um lado do GO e metal do outro. Os filmes semicondutores-grafeno-metal (SGM) resultantes podem servir como sensores químicos altamente sensíveis. p Os pesquisadores, liderado por Prashant Kamat no Laboratório de Química, Bioquímica e Radiação da Universidade de Notre Dame, publicaram seu estudo sobre os novos filmes baseados em grafeno em uma edição recente da The Journal of Physical Chemistry Letters . O trabalho foi apoiado pelo Office of Basic Energy Sciences, Departamento de Energia.

p O estudo baseia-se em pesquisas anteriores que mostraram que o GO pode funcionar como um lançador de elétrons devido à sua capacidade de transportar elétrons em sua superfície, com aplicações potenciais em baterias, fotovoltaica, e catálise.

p Aqui, os pesquisadores mostraram que os elétrons fotogerados do TiO ₂ pode ser capturado por GO e transportado através de seu sp ² rede (a estrutura "rede de galinheiro"), perpendicular ao seu plano bidimensional. Por ter todos os elétrons de um lado, o filme oferece a capacidade de deposição seletiva lateral de nanopartículas de prata, enquanto o TiO semicondutor ₂ as nanopartículas permanecem no lado oposto.

p “As propriedades condutoras de folhas de grafeno de camada única depositadas em vários substratos foram bem estudadas, ”Kamat disse Phys.org . “Normalmente o transporte de elétrons ocorre dentro do plano 2-D. Ao manter as nanopartículas semicondutoras de um lado, conseguimos realizar a redução dos íons de prata no lado oposto do filme de óxido de grafeno. Este processo é a demonstração direta do salto de elétrons em um filme de óxido de grafeno quimicamente esfoliado. ”

p Para criar o filme composto, os pesquisadores começaram depositando óxido de grafeno de camada única em um TiO ₂ filme usando deposição eletroforética. Neste método, eles colaram o TiO ₂ filme em um eletrodo, e então submergiu e um segundo eletrodo em etanol contendo folhas GO. Sob um campo elétrico aplicado, as folhas GO carregadas negativamente se moveram em direção e anexadas ao TiO ₂ filme no eletrodo positivo.

p Para depositar as nanopartículas de metal, os pesquisadores colocaram o TiO ₂ Filmes -GO em etanol contendo íons de prata. Sob iluminação UV, o TiO ₂ elétrons fotogerados, que foram então transferidos para o GO e transportados para o lado oposto, onde eles estavam prontamente disponíveis para reduzir os íons de prata em nanopartículas de prata.

p Os pesquisadores descobriram que podiam controlar o tamanho das nanopartículas de prata no filme, controlando o tempo de irradiação, com tempos de irradiação mais longos, resultando em nanopartículas maiores. Eles explicam que carregar muitas pequenas nanopartículas de prata é importante para fazer sensores e catalisadores altamente ativos.

p Para testar sua utilidade como sensor, os pesquisadores colocaram um filme SGM em uma solução contendo um alvo de porfirina em concentrações nanomolares. Eles descobriram que, quando a ressonância plasmônica de superfície das nanopartículas de prata interage com a porfirina, amplifica o sinal Raman alvo, que indica a presença da porfirina.

p Os pesquisadores preveem que a camada de grafeno também deve interagir com as moléculas-alvo, que deve amplificar o sinal Raman ainda mais e permitir uma sensibilidade ainda maior de várias moléculas alvo em concentrações muito baixas. Essa capacidade de detecção tem uma ampla variedade de aplicações.

p “Existem muitos contaminantes no ar e na água potável que precisam ser detectados em concentrações de nível muito baixo, ”Kamat disse. “SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) é uma técnica útil que faz uso de pequenas nanopartículas de prata para aumentar o limite de sensibilidade de detecção de produtos químicos. O filme de metal semicondutor de grafeno preparado no presente estudo tem duas vantagens distintas:Primeiro, o tamanho e a carga da deposição de partículas de metal no filme de óxido de grafeno podem ser controlados por meio da iluminação de TiO ₂ . E em segundo lugar, o filme de grafeno permite a adsorção de contaminantes químicos da solução, permitindo assim uma concentração local mais alta perto da superfície da partícula de metal.

p “Outra aplicação potencial é na área de geração fotocatalítica de combustíveis solares. Por exemplo, tendo nanopartículas semicondutoras em um lado de uma folha de grafeno e um catalisador de metal no outro lado, pode-se criar um conjunto híbrido que pode separar seletivamente a água em oxigênio e hidrogênio. ”

p Como Kamat explicou, essas aplicações guiarão o trabalho futuro dos pesquisadores.

p “Atualmente, estamos trabalhando para a detecção de contaminantes ambientais em concentração sub-nanomolar, Disse ele. “O controle cuidadoso do tamanho do metal e da carga será a chave para otimizar as tiras para testar a qualidade da água. Também estamos explorando maneiras de projetar conjuntos híbridos para a produção fotocatalítica de combustíveis solares. ” p © 2012 Phys.Org