p Técnicas avançadas de ressonância magnética nuclear (NMR) no Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA revelaram detalhes surpreendentes sobre a estrutura de um grupo-chave de materiais em nanotecologia, nanopartículas de sílica mesoporosa (MSNs), e a colocação de seus sítios químicos ativos. p Os MSNs são alveolados por túneis ou poros minúsculos (cerca de 2 a 15 nm de largura) ordenados tridimensionalmente, e servir como suporte para grupos funcionais orgânicos adaptados a uma ampla gama de necessidades. Com possíveis aplicações em catálise, separações químicas, biossensor, e entrega de drogas, Os MSNs são o foco de intensa pesquisa científica.

p “Desde o desenvolvimento dos MSNs, as pessoas têm tentado controlar a maneira como funcionam, "disse Takeshi Kobayashi, um cientista de RMN da Divisão de Ciências Químicas e Biológicas do Laboratório Ames. "A pesquisa explorou fazer isso por meio da modificação do tamanho e da forma das partículas, tamanho dos poros, e implantando vários grupos funcionais orgânicos em suas superfícies para realizar as tarefas químicas desejadas. Contudo, a compreensão dos resultados desses esforços sintéticos pode ser muito desafiadora. "

p O cientista do Ames Laboratory, Marek Pruski, explicou que apesar da existência de diferentes técnicas de funcionalização de MSNs, ninguém sabia exatamente como eram diferentes. Em particular, A descrição em escala atômica de como os grupos orgânicos se distribuíam na superfície era inexistente até recentemente.

p "Uma coisa é detectar e quantificar esses grupos funcionais, ou mesmo determinar sua estrutura, "disse Pruski." Mas a elucidação de seu arranjo espacial apresenta desafios adicionais. Eles residem nas superfícies ou estão parcialmente embutidos nas paredes de sílica? Eles estão uniformemente distribuídos nas superfícies? Se houver vários tipos de funcionalidades, são misturados aleatoriamente ou formam domínios? NMR convencional, bem como outras técnicas analíticas, têm lutado para fornecer respostas satisfatórias a essas perguntas importantes. "

p Kobayashi, Pruski, e outros pesquisadores usaram DNP-NMR para obter uma imagem muito mais clara das estruturas de MSNs funcionalizados. "DNP" significa "polarização nuclear dinâmica, "um método que usa microondas para excitar elétrons desemparelhados em radicais e transferir sua alta polarização de spin para os núcleos da amostra que está sendo analisada, oferecendo sensibilidade drasticamente maior, frequentemente em duas ordens de magnitude, e ainda maior economia de tempo experimental. NMR convencional, que mede as respostas dos núcleos de átomos colocados em um campo magnético para direcionar a excitação de radiofrequência, carece da sensibilidade necessária para identificar as interações internucleares entre diferentes sites e funcionalidades em superfícies. Quando emparelhado com DNP, bem como rotação de ângulo mágico rápido (MAS), NMR pode ser usado para detectar tais interações com sensibilidade sem precedentes.

p Não apenas os métodos DNP-NMR elicitaram a localização em escala atômica e distribuição dos grupos funcionais, mas os resultados refutaram algumas das noções existentes de como os MSNs são feitos e como as diferentes estratégias sintéticas influenciaram a dispersão de grupos funcionais ao longo dos poros de sílica.

p "Ao examinar o papel de várias condições experimentais, nossas técnicas de RMN podem dar aos cientistas a percepção mecanicista de que precisam para guiar a síntese de MSNs de uma forma mais controlada ", disse Kobayashi.

p A pesquisa é ainda discutida em "A distribuição espacial de grupos funcionais orgânicos catalíticos ligados à sílica pode agora ser revelada por métodos convencionais de NMR de estado sólido aprimorado por DNP, "de autoria de T. Kobayashi e M. Pruski; e publicado em Catálise ACS .