p Os químicos da Syracuse University criaram uma maneira inovadora de visualizar e monitorar as reações químicas em tempo real. p Membros do Grupo de Pesquisa Maye no Departamento de Química desenvolveram um nanomaterial que muda de cor quando interage com íons e outras pequenas moléculas durante uma reação química.

p O assunto de um artigo em ACS Nano (American Chemical Society, 2016), sua descoberta permite aos pesquisadores monitorar as reações qualitativamente a olho nu e quantitativamente com instrumentação simples.

p "Em muitos casos, uma reação química entre as moléculas ocorre em uma solução que é incolor e transparente ou se parece com uma suspensão leitosa, "diz Mathew Maye, professor associado de química e líder da equipe do experimento. "A única maneira de saber se uma reação ocorreu ou não é realizar uma análise extensa após uma purificação em várias etapas."

p Na tentativa de descobrir por que e com que rapidez uma reação ocorre (se ocorrer), o grupo projetou uma nanopartícula que reage com os subprodutos da reação. “Quando as reações ocorrem, a nanopartícula apresenta fluorescência em uma cor diferente, permitindo-nos avaliar a cinética a olho nu, em vez de um espectrômetro de um milhão de dólares, "Maye diz.

p No centro do trabalho do grupo está uma classe emergente de nanomateriais chamados perovskitas. Uma perovskita é uma classe especial de cristal, normalmente feito de íons metálicos e oxigênio. As perovskitas do grupo são compostas de íons metálicos e um haleto.

p Na nanoescala, perovskitas são fotoluminescentes, o que significa que eles emitem luz quando "excitados" por um laser ou lâmpada. Que as cores que emitem são determinadas, em parte, por suas concentrações de íons torna as perovskitas únicas entre os nanomateriais.

p Também os torna maduros para aplicação. Grupos de pesquisa na indústria e na academia veem potencial para perovskitas em células solares, diodos emissores de luz, lasers e detectores de foto.

p Tennyson Doane, um pesquisador pós-doutorado no grupo, é co-autor do artigo com Maye. “Sabíamos do potencial desses materiais na pesquisa de energia, "Doane diz." Estamos interessados ​​em energia também, e tive a ideia maluca de tentar usar as taxas de concentração de íons de perovskitas para detectar íons em solução, e então talvez monitorar a reação química, o que é muito difícil de fazer. Não tínhamos ideia se funcionaria ou não, então decidimos ir em frente. "

p O grupo começou trabalhando com um sistema muito simples que envolvia reações orgânicas de moléculas chamadas organohalides. Quando essas moléculas reagem, frequentemente formando ligações duplas carbono-carbono no que é conhecido como uma reação de eliminação, o haleto é liberado. (O haleto é um bromo, cloro ou íon iodo.) Normalmente, o haleto é um subproduto não importante da reação, até agora.

p "Nossa tecnologia nos permite detectar com precisão a liberação de haleto, "diz Kevin Cruz '18, formada em química e co-autora do artigo. "Quando a reação começa, a perovskita fica com uma fluorescência vermelha brilhante. À medida que o haleto é liberado, ou trocado na reação química, nossa partícula o absorve, e a cor da fluorescência muda proporcionalmente à concentração de haleto - de vermelho para laranja, de amarelo para verde. Quando a cor é verde, a reação acabou. "

p Explica Doane:"Somado a isso está o fato de que a concentração de perovskita é muito baixa, você apenas tem que adicionar uma pequena quantidade à reação para observação. Conseguimos calibrar o sistema com muita precisão, e a partir disso pode medir a cinética química de uma nova forma 'colorimétrica'. "

p Maye oferece apenas elogios a Doane e Cruz, afirmando que o que eles realizaram em um curto período de tempo e com um orçamento pequeno é "incrível".

p "Ninguém, agora mesmo, está pensando em monitorar uma reação química desta forma, "Maye acrescenta." Nossa equipe é capaz de medir uma cinética química muito precisa, monitorando a mudança de cor com nada mais do que uma lâmpada ultravioleta ou um espectrômetro de fluorescência barato.

p Além de Doane, Cruz e Maye, o artigo foi co-escrito por Kayla Ryan G'15, Ph.D. estudante Laxmikant Pathade e Huidong Zang e Mircea Cotlet no Centro de Nanomateriais Funcionais do Laboratório Nacional de Brookhaven, cada um dos quais fez medições importantes no estudo.

p A tecnologia do grupo está com patente pendente na Universidade. Maye diz que estão testando a aplicabilidade da abordagem a uma ampla biblioteca de reações químicas e sua eficácia na medição de baixas concentrações de íons e moléculas reativas.

p "Quem sabe, talvez no futuro, cada químico usará uma perovskita à base de Siracusa para monitorar suas reações, " ele adiciona.