As últimas décadas testemunharam uma grande quantidade de pesquisas no campo de materiais bidimensionais (2D). Como o nome indica, esses materiais semelhantes a filmes finos são compostos de camadas com apenas alguns átomos de espessura. Muitas das propriedades químicas e físicas dos materiais 2D podem ser ajustadas, levando a aplicações promissoras em muitos campos, incluindo optoeletrônica, catálise, energia renovável e muito mais.
As nanofolhas de coordenação são um tipo particularmente interessante de material 2D. A "coordenação" refere-se ao efeito dos íons metálicos nessas moléculas, que atuam como centros de coordenação. Esses centros podem criar espontaneamente disposições moleculares organizadas que abrangem várias camadas em materiais 2D. Isso atraiu a atenção dos cientistas de materiais devido às suas propriedades favoráveis. Na verdade, apenas começamos a arranhar a superfície em relação ao que as nanofolhas de coordenação de heterocamadas – nanofolhas de coordenação cujas camadas têm composição atômica diferente – podem oferecer.

Em um estudo recente publicado pela primeira vez em 13 de junho de 2022 e apresentado na capa de Chemistry—A European Journal , uma equipe de cientistas da Universidade de Ciências de Tóquio (TUS) e da Universidade de Tóquio no Japão relataram uma maneira extremamente simples de sintetizar nanofolhas de coordenação de heterocamadas. Compostas pelo ligante orgânico terpiridina, coordenando ferro e cobalto, essas nanofolhas se montam na interface entre dois líquidos imiscíveis de maneira peculiar. O estudo, liderado pelo Prof. Hiroshi Nishihara do TUS, também incluiu contribuições do Sr. Joe Komeda, Dr. Kenji Takada, Dr. Hiroaki Maeda e Dr. Naoya Fukui do TUS.

Para sintetizar as nanofolhas de coordenação de heterocamadas, a equipe primeiro criou a interface líquido-líquido para permitir sua montagem. Eles dissolveram o ligante tris(terpiridina) em diclorometano (CH₂ Cl₂ ), um líquido orgânico que não se mistura com a água. Eles então derramaram uma solução de água e tetrafluoroborato ferroso, um produto químico contendo ferro, sobre o CH₂ Cl₂ . Após 24 horas, a primeira camada da nanofolha de coordenação, bis(terpiridina)ferro (ou "Fe-tpy"), formou-se na interface entre os dois líquidos.

Em seguida, eles removeram a água contendo ferro e a substituíram por água contendo cobalto. Nos próximos dias, uma camada de bis(terpiridina)cobalto (ou "Co-tpy") se formou logo abaixo da camada contendo ferro na interface líquido-líquido.

A equipe fez observações detalhadas da heterocamada usando várias técnicas avançadas, como microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de fotoelétrons de raios-X, microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de transmissão de varredura. Eles descobriram que a camada de Co-tpy se formou perfeitamente abaixo da camada de Fe-tpy na interface líquido-líquido. Além disso, eles poderiam controlar a espessura da segunda camada dependendo de quanto tempo eles deixaram o processo de síntese seguir seu curso.

Curiosamente, a equipe também descobriu que a ordenação das camadas pode ser trocada simplesmente alterando a ordem das etapas de síntese. Em outras palavras, se eles primeiro adicionassem uma solução contendo cobalto e depois a substituíssem por uma solução contendo ferro, a heterocamada sintetizada teria centros de coordenação de cobalto na camada superior e centros de coordenação de ferro na camada inferior. "Nossas descobertas indicam que os íons metálicos podem passar pela primeira camada da fase aquosa para o CH₂ Cl₂ fase para reagir com ligantes de terpiridina bem no limite entre a nanofolha e o CH₂ Cl₂ fase", explica o Prof. Nishihara. "Este é o primeiro esclarecimento da direção de crescimento de nanofolhas de coordenação em uma interface líquido/líquido."

Além disso, a equipe investigou as propriedades de redução-oxidação de suas nanofolhas de coordenação, bem como suas características de retificação elétrica. Eles descobriram que as heterocamadas se comportavam como um diodo de maneira consistente com os níveis de energia eletrônica de Co-tpy e Fe-tpy. Esses insights, juntamente com o procedimento de síntese fácil desenvolvido pela equipe, podem ajudar no projeto de nanofolhas de heterocamadas feitas de outros materiais e adaptadas para aplicações eletrônicas específicas. "Nosso método sintético pode ser aplicável a outros polímeros de coordenação sintetizados em interfaces líquido-líquido", destaca o Prof. Nishihara. "Portanto, os resultados deste estudo irão expandir a diversidade estrutural e funcional de materiais moleculares 2D."

Com os olhos postos no futuro, a equipe continuará investigando fenômenos químicos que ocorrem nas interfaces líquido-líquido, elucidando os mecanismos de transporte de massa e reações químicas. Suas descobertas podem ajudar a expandir o design de materiais 2D e, esperançosamente, levar a um melhor desempenho de dispositivos optoeletrônicos, como células solares. + Explorar mais

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