Químicos da Rice University descobriram que minúsculas partículas de "semente" de ouro, um ingrediente-chave em uma das receitas mais comuns de nanopartículas, são iguais às fulerenos de ouro, moléculas esféricas de 32 átomos que são primas das fulerenos de carbono descobertas em Rice em 1985.



Buckyballs de carbono são moléculas ocas de 60 átomos que foram co-descobertas e nomeadas pelo falecido químico de Rice, Richard Smalley. Ele os apelidou de "buckminsterfulerenos" porque sua estrutura atômica o lembrava das cúpulas geodésicas do arquiteto Buckminster Fuller, e a família dos "fulerenos" cresceu para incluir dezenas de moléculas ocas.

Em 2019, os químicos da Rice, Matthew Jones e Liang Qiao, descobriram que os fulerenos dourados são as partículas de "semente" de ouro que os químicos usam há muito tempo para fazer nanopartículas de ouro. A descoberta ocorreu poucos meses após a primeira síntese relatada de fulerenos de ouro e revelou que os químicos usavam, sem saber, as moléculas de ouro há décadas.

"Estamos falando, sem dúvida, do método mais onipresente para gerar qualquer nanomaterial", disse Jones. "E a razão é que é incrivelmente simples. Você não precisa de equipamento especializado para isso. Estudantes do ensino médio podem fazer isso."

Jones, Qiao e coautores de Rice, da Universidade Johns Hopkins, da Universidade George Mason e da Universidade de Princeton passaram anos compilando evidências para verificar a descoberta e publicaram recentemente seus resultados na Nature Communications. .

Jones, professor assistente de química e ciência de materiais e nanoengenharia na Rice, disse que o conhecimento de que as nanopartículas de ouro são sintetizadas a partir de moléculas poderia ajudar os químicos a descobrir os mecanismos dessas sínteses.

“Esse é o panorama geral de por que este trabalho é importante”, disse ele.

Jones disse que os pesquisadores descobriram no início dos anos 2000 como usar partículas de sementes de ouro em sínteses químicas que produziram muitos formatos de nanopartículas de ouro, incluindo bastões, cubos e pirâmides.

“É realmente atraente poder controlar a forma das partículas, porque isso altera muitas das propriedades”, disse Jones, professor assistente de química e ciência dos materiais e nanoengenharia na Rice. “Esta é a síntese que quase todo mundo usa. Ela é usada há 20 anos e, durante todo esse período, essas sementes foram simplesmente descritas como ‘partículas’”.

Jones e Qiao, um ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Jones, não procuravam ouro-32 em 2019, mas notaram isso em leituras de espectrometria de massa. A descoberta das fulerenos de carbono-60 aconteceu de maneira semelhante. E as coincidências não param por aí. Jones é professor assistente de Química de Norman e Gene Hackerman na Rice. Smalley, que dividiu o Prêmio Nobel de Química de 1996 com Robert Curl, de Rice, e Harold Kroto, do Reino Unido, foi presidente da Hackerman em química na Rice por muitos anos antes de sua morte em 2005.

Confirmar que as sementes amplamente utilizadas eram moléculas de ouro-32 em vez de nanopartículas levou anos de esforço, incluindo imagens de última geração feitas pelo grupo de pesquisa de Yimo Han na Rice e análises teóricas detalhadas pelos grupos de Rigoberto Hernandez na Johns Hopkins e Andre Clayborne da George Mason.

Jones disse que a distinção entre nanopartículas e moléculas é importante e uma chave para compreender o impacto potencial do estudo.

“As nanopartículas são normalmente semelhantes em tamanho e forma, mas não são idênticas”, disse Jones. “Se eu fizer um lote de nanopartículas esféricas de ouro de 7 nanômetros, algumas delas terão exatamente 10 mil átomos, mas outras poderão ter 10.023 ou 9.092.

“As moléculas, por outro lado, são perfeitas”, disse ele. "Posso escrever uma fórmula para uma molécula. Posso desenhar uma molécula. E se eu fizer uma solução de moléculas, elas serão todas exatamente iguais em número, tipo e conectividade de seus átomos."

Jones disse que os nanocientistas aprenderam como sintetizar muitas nanopartículas úteis, mas o progresso muitas vezes vem por tentativa e erro porque “virtualmente não há compreensão mecanicista” de sua síntese.

“O problema aqui é bastante simples”, disse ele. “É como dizer:'Quero que você faça um bolo para mim e vou lhe dar um monte de pós brancos, mas não vou lhe dizer o que são.' Mesmo se você tiver uma receita, se você não souber quais são os materiais iniciais, será um pesadelo descobrir quais ingredientes estão fazendo o quê."

“Quero que a nanociência seja como a química orgânica, onde você pode fazer essencialmente o que quiser, com as propriedades que quiser”, disse Jones.

Ele disse que os químicos orgânicos têm um controle extraordinário sobre a matéria "porque os químicos antes deles fizeram um trabalho mecanicista incrivelmente detalhado para compreender todas as maneiras precisas como essas reações operam. Estamos muito, muito longe disso na nanociência, mas a única maneira de conseguirmos chegar lá é fazer um trabalho como esse e entender, mecanicamente, com o que estamos começando e como as coisas se formam. Esse é o objetivo final."

Mais informações: Liang Qiao et al, Nanoclusters atomicamente precisos predominantemente sementem sínteses de nanopartículas de ouro, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40016-3
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pela Rice University