Uma camada protetora aplicada às nanopartículas de ouro pode aumentar a sua resiliência
A proteção com tiol e polímeros orgânicos são duas formas existentes de adicionar resiliência às nanopartículas de ouro. À direita está uma representação do novo método dos pesquisadores usando polioxometalato. Crédito:2024 Suzuki et al. Pela primeira vez, pesquisadores, incluindo os da Universidade de Tóquio, descobriram uma maneira de melhorar a durabilidade dos catalisadores de ouro, criando uma camada protetora de aglomerados de óxido metálico. Os catalisadores de ouro aprimorados podem suportar uma variedade maior de ambientes físicos do que materiais equivalentes desprotegidos.
Este avanço poderá aumentar a gama de possíveis aplicações dos catalisadores, bem como reduzir o consumo de energia e os custos em algumas situações. Estes catalisadores são amplamente utilizados em ambientes industriais, incluindo síntese química e produção de medicamentos. Estas indústrias poderiam beneficiar de catalisadores de ouro melhorados.
A pesquisa aparece em Nature Communications .
Todo mundo adora ouro:atletas, piratas, banqueiros – todo mundo. Historicamente, tem sido um metal atraente para a fabricação de coisas como medalhas, joias, moedas e assim por diante. A razão pela qual o ouro nos parece tão brilhante e atraente é que ele é quimicamente resistente a condições físicas que poderiam manchar outros materiais:por exemplo, calor, pressão, oxidação e outros danos.
Paradoxalmente, porém, em escala nanoscópica, minúsculas partículas de ouro invertem essa tendência e tornam-se muito reativas, tanto que há muito tempo são essenciais para a realização de diferentes tipos de catalisadores, substâncias intermediárias que aceleram ou de alguma forma permitem uma reação química ocorra. Em outras palavras, são úteis ou necessários para transformar uma substância em outra, daí seu uso generalizado na síntese e na fabricação.
“O ouro é um metal maravilhoso e é justamente elogiado na sociedade, e especialmente na ciência”, disse o professor associado Kosuke Suzuki, do Departamento de Química Aplicada da Universidade de Tóquio. “É ótimo para catalisadores e pode nos ajudar a sintetizar uma série de coisas, incluindo medicamentos.
"As razões para isso são que o ouro tem uma baixa afinidade para absorver moléculas e também é altamente seletivo quanto ao que se liga, permitindo um controle muito preciso dos processos de síntese química. Os catalisadores de ouro geralmente operam em temperaturas e pressões mais baixas em comparação com os tradicionais catalisadores, exigindo menos energia e reduzindo o impacto ambiental." Imagem de resolução atômica da nova nanopartícula dos pesquisadores feita usando uma técnica chamada microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular. Crédito:2024 Suzuki et al. Por melhor que seja o ouro, ele tem algumas desvantagens. Torna-se mais reativo à medida que partículas menores são feitas dele, e chega um ponto em que um catalisador feito com ouro pode começar a sofrer negativamente com calor, pressão, corrosão, oxidação e outras condições. Suzuki e sua equipe acreditaram que poderiam melhorar essa situação e desenvolveram um novo agente protetor que poderia permitir que um catalisador de ouro mantivesse suas funções úteis, mas em uma gama maior de condições físicas que geralmente dificultam ou destroem um catalisador de ouro típico.
“As atuais nanopartículas de ouro usadas em catalisadores têm algum nível de proteção, graças a agentes como dodecanotióis e polímeros orgânicos. Mas a nossa nova é baseada em um cluster de óxidos metálicos chamados polioxometalatos e oferece resultados muito superiores, especialmente no que diz respeito ao estresse oxidativo. ", disse Suzuki.
"Atualmente estamos investigando as novas estruturas e aplicações dos polioxometalatos. Desta vez aplicamos os polioxometalatos às nanopartículas de ouro e verificamos que os polioxometalatos melhoram a durabilidade das nanopartículas. O verdadeiro desafio foi aplicar uma ampla gama de técnicas analíticas para testar e verificar tudo isso. "
A equipe usou uma variedade de técnicas conhecidas coletivamente como espectroscopia. Empregou nada menos que seis métodos espectroscópicos, variando nos tipos de informação que revelam sobre um material e seu comportamento. Mas, de modo geral, eles funcionam lançando algum tipo de luz sobre uma substância e medindo com sensores especializados como essa luz muda de alguma forma. Suzuki e sua equipe passaram meses realizando vários testes e diferentes configurações de seu material experimental até encontrarem o que procuravam.
"Não estamos apenas motivados por tentar melhorar alguns métodos de síntese química. Existem muitas aplicações de nossas nanopartículas de ouro aprimoradas que poderiam ser usadas para beneficiar a sociedade", disse Suzuki. “Catalisadores para quebrar a poluição (muitos carros a gasolina já possuem um conversor catalítico familiar), pesticidas menos impactantes, química verde para energia renovável, intervenções médicas, sensores para patógenos de origem alimentar, a lista continua.
"Mas também queremos ir mais longe. Nossos próximos passos serão melhorar a gama de condições físicas às quais podemos tornar as nanopartículas de ouro mais resistentes e também ver como podemos adicionar alguma durabilidade a outros metais catalíticos úteis, como rutênio, ródio, rênio e, claro, algo que as pessoas valorizam ainda mais do que o ouro:a platina."
Mais informações: Catalisadores de nanopartículas de ouro coloidal ultraestáveis e altamente reativos protegidos por nanoaglomerados de óxido metálico multidentados, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45066-9 Informações do diário: Comunicações da Natureza
