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Revista Amazônia

Pesquisadores desenvolvem novo tipo de material na forma de nanotubos

Publicado em 28 junho 2017

Por Elton Alisson, da Agência FAPESP

Nos últimos anos, uma categoria de materiais começou a despertar o interesse de pesquisadores por sua flexibilidade e diversidade de aplicações como catalisadores, sensores e transportadores de fármacos. São os hidróxidos duplos lamelares (HDL) – materiais formados pelo empilhamento de camadas metálicas com cátions divalentes e trivalentes (íons com carga positiva, capazes de doar dois e três elétrons, respectivamente, quando se ligam a outros átomos), alternadas com camadas de íons com carga negativa (ânions).

Um grupo de pesquisadores dos Institutos de Física e de Química da Universidade de São Paulo (USP), em colaboração com colegas da Universidade de Leuven (KU Leuven), da Bélgica, estruturou esse material na forma de nanotubos – folhas do material enroladas de modo a formar uma peça cilíndrica como um canudo de refrigerante com diâmetro equivalente à bilionésima parte do metro.

Com isso, conseguiram aumentar a área superficial do material ao dotá-lo de pequenos poros cilíndricos e ocos. Esses poros são capazes de abrigar diversos elementos e estruturas químicas e, por conseguinte, podem ser utilizados para conferir propriedades extras ao material.

Resultado de um projeto apoiado pela FAPESP na modalidade Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes, o estudo foi publicado em uma edição especial da revista Chemical Communications, da Royal Society of Chemistry.

A publicação, intitulada “Emerging investigators issue 2017”, apresenta pesquisas realizadas por pesquisadores internacionais, em estágios iniciais de suas carreiras e que têm feito contribuições significativas em seus respectivos campos de estudos. Entre eles está Danilo Mustafa, professor do Departamento de Física dos Materiais e Mecânica do IF-USP, responsável pela pesquisa e orientador do primeiro autor do artigo, o estudante de doutorado Alysson Ferreira de Morais.

“O convite para divulgar os resultados da minha pesquisa nessa publicação representa o reconhecimento internacional do trabalho que venho desenvolvendo durante minha carreira científica e, especialmente, desse estudo que comecei a realizar em 2013, durante meu pós-doutorado, quando fiz um estágio de pesquisa na KU Leuven por meio de uma Bolsa concedida pela FAPESP”, disse Mustafa à Agência FAPESP.

Materiais luminescentes

Durante seu pós-doutorado, o pesquisador, em parceria com os colegas da Bélgica, desenvolveu estruturas de HDL em escala nanométrica dopadas com íons terras-raras – um grupo de 17 minerais que apresentam propriedades físico-químicas com diversas aplicações, como em catalisadores e materiais luminescentes. O objetivo era obter um novo material luminescente capaz de captar energia solar com maior eficiência para utilização em sistemas fotoquímicos e fotovoltaicos.

Para desenvolver esses materiais, os cátions divalentes e trivalentes das camadas metálicas dos HDLs são parcialmente substituídos por íons terras raras, enquanto um fotossensibilizador é adsorvido (retido) entre as camadas. O fotossensibilizador é capaz de absorver a energia incidente sobre o material e transferi-la de maneira eficiente para os íons terras-raras.

Com base nos resultados bem-sucedidos do projeto, eles decidiram desenvolver o HDL em uma forma diferente da tradicional – flocos micrométricos – com o objetivo de aumentar sua área superficial.

“Apesar de serem versáteis e possibilitar acomodar moléculas intercaladas entre suas camadas metálicas, os HDLs têm limitação de espaço. Isso inviabiliza que carreguem moléculas ou complexos muito grandes, como quantum dots (pontos quânticos) [nanopartículas ou nanocristais de material semicondutor com diversas propriedades e inúmeras aplicações, como em tecnologias de emissão de luz]”, explicou Mustafa.

A fim de superar essa limitação de espaço, eles pensaram em estruturar o material na forma de nanotubos com a cavidade principal oca e, dessa forma, permitir acomodar estruturas maiores no interior deles.

Por meio de uma nova estratégia, em que utilizaram um polímero como molde para o HDL assumir a forma de nanotubos e que é removido ao final do processo, eles conseguiram alcançar esse objetivo e obter nanotubos cilíndricos de uma mistura de alumínio, zinco e európio.

“Foi a primeira vez que se estruturou HDL na forma de nanotubos autossustentados”, afirmou Mustafa.

A fim de explorar e melhorar as propriedades luminescentes (de emissão de luz) do material, os pesquisadores colocaram os nanotubos em contato com quantum dots de telureto de cádmio (CdTe) – um composto químico formado por telúrio e cádmio que, na forma cristalina, apresenta propriedades semicondutoras e fotovoltaicas.

Os resultados das análises indicaram que os nanotubos interagiram com os pontos quânticos de telureto de cádmio, produzindo uma nova classe de materiais luminescentes.

“Essa morfologia única dos nanotubos de HDL e a possibilidade de interagir com diferentes compostos aumentam o leque de aplicações possíveis para os HDLs, oferecendo oportunidades nas áreas de catálise, dispositivos e materiais biológicos ativos, como transportadores de fármacos”, avaliou Mustafa.

Os pesquisadores pretendem esclarecer, agora, os mecanismos de formação do material com esse tipo de estrutura e explorar suas diversas aplicações.

O artigo “Hierachical self-supported ZnAlEu LHD nanotubes hosting luminescent CdTe quantum dots”), (doi: 10.1039/C7CC02097J), de Mustafa e outros, pode ser lido por assinantes da revista Chemical Communications em pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/cc/c7cc02097j#!divAbstract.

Agência FAPESP