O Prêmio Nobel de Química de 2023 se concentrou em pontos quânticos – objetos tão pequenos que são controlados pelas estranhas e complexas regras da física quântica. Muitos pontos quânticos utilizados na eletrónica são feitos de substâncias tóxicas, mas os seus homólogos não tóxicos estão agora a ser desenvolvidos e explorados para utilização na medicina e no ambiente. Uma equipe de pesquisadores está se concentrando em pontos quânticos à base de carbono e enxofre, usando-os para criar tintas invisíveis mais seguras e para ajudar a descontaminar o abastecimento de água.

Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS).

Os pontos quânticos são cristais semicondutores sintéticos em escala nanométrica que emitem luz. Eles são usados ​​em aplicações como displays eletrônicos e células solares. “Muitos pontos quânticos convencionais são tóxicos porque são derivados de metais pesados”, explica Md Palashuddin Sk, professor assistente de química na Universidade Aligarh Muslim, na Índia. “Portanto, estamos trabalhando em pontos quânticos não metálicos porque eles são ecologicamente corretos e podem ser usados ​​em aplicações biológicas”.

Os pontos quânticos são minúsculos – geralmente apenas dezenas de átomos de diâmetro. Por serem tão pequenos, suas propriedades são controladas por efeitos quânticos, o que os faz agir de maneira um pouco estranha em comparação com objetos maiores. Ou seja, eles emitem luz de forma diferente do que se poderia esperar; por exemplo, materiais dourados aparecem em azul nesta escala. Os pontos quânticos não metálicos exibem o mesmo efeito e foram explorados por outros pesquisadores como uma ferramenta para bioimagem. Palashuddin se concentrou no projeto de pontos quânticos baseados em carbono e enxofre (Cdots e Sdots, respectivamente) para uma variedade de outras aplicações.

“Carbono e enxofre são materiais muito abundantes e de baixo custo, e podem ser facilmente sintetizados em pontos quânticos”, diz ele. "Você pode fazer pontos de carbono a partir de resíduos e usá-los para remover poluentes - eles são uma forma de fechar o ciclo do processo."

Palashuddin já colocou Cdots e Sdots para funcionar de várias maneiras, embora ambas sejam descobertas relativamente recentes. Embora pequenos, os pontos possuem uma grande área de superfície, que pode ser facilmente funcionalizada para adaptá-los a diferentes aplicações. Anteriormente, a equipe projetou pontos que brilhavam em cores diferentes, dependendo dos contaminantes encontrados. Isso significava que eles poderiam ajudar a identificar contaminantes – como chumbo, cobalto e cromo – em uma amostra de água sem lixiviar novos metais dos próprios pontos.

Além de identificar contaminantes, os Cdots podem ajudar a decompor poluentes como pesticidas e corantes na água. Num projeto, Palashuddin e o colaborador Amaresh Kumar Sahoo, professor assistente que estuda nanobiotecnologia no Instituto Indiano de Tecnologia da Informação, formaram Cdots a partir de cascas de batata e depois montaram-nos em robôs microscópicos concebidos para atingir e degradar corantes tóxicos em amostras que simulam água poluída.

A equipe também desenvolveu métodos para remover totalmente os contaminantes da água, em vez de apenas identificá-los ou degradá-los. Eles projetaram Cdots especialmente para absorver óleo automotivo e atualmente estão explorando um sistema de filtro baseado em Cdot para ajudar a tratar derramamentos de óleo.

Em seguida, os investigadores planeiam colocar as suas descobertas laboratoriais em prática no terreno, possivelmente num projecto centrado no rio Yamuna. Este rio atravessa diretamente Nova Deli e está contaminado, especialmente em áreas mais povoadas. Palashuddin espera usar os pontos não metálicos de sua equipe para identificar e separar os vários poluentes do rio, incluindo pesticidas, surfactantes, íons metálicos, antibióticos e corantes. Idealmente, os pontos serão funcionalizados para capturar o máximo possível desses diferentes contaminantes em suas superfícies, para que possam ser facilmente removidos.

Os usos potenciais dos pontos não metálicos não terminam apenas com o tratamento da água. Palashuddin e colegas estão atualmente investigando usos que poderiam se alinhar mais estreitamente com os pontos tradicionais à base de metal, mas sem as preocupações com a toxicidade. Por exemplo, alguns pontos quânticos emissores de luz desenvolvidos pela equipe poderiam ser incluídos em tintas invisíveis para ajudar a prevenir a falsificação, ou incorporados em dispositivos emissores de luz, incluindo telas de televisão.

A equipe espera que seu trabalho possa ajudar a ampliar os usos de pontos quânticos não metálicos e colocar suas propriedades únicas em ação no meio ambiente.

Fornecido pela American Chemical Society