Nanotecnologia

Brasileiros criam nova família de nanotubos luminescentes

Com informações da Agência Fapesp -  28/06/2017

Os novos nanotubos podem ser usados desde aplicações de energia solar até transportadores de medicamentos.[Imagem: Chemical Communications]

Nanotubos

Os nanotubos de carbono, metálicos ou semicondutores, já têm seu lugar bem assegurado nas pesquisas e nas aplicações tecnológicas devido às suas propriedades excepcionais - de transistores ultrarrápidos a exames de DNA e até estruturas para um elevador espacial.

Mas nem todo nanotubo precisa ser de carbono - é possível tirar proveito dos benefícios de seus formatos e dimensões enrolando outros tipos de material e, assim, obtendo propriedades variadas.

Foi o que demonstraram Alysson Ferreira de Morais e Danilo Mustafá e seus colegas da USP (Universidade de São Paulo) e da Universidade de Lovaina, na Bélgica.

Hidróxidos duplos lamelares

A equipe descobriu como enrolar um tipo promissor de material que vem sendo explorado em uma diversidade de aplicações, como catalisadores, sensores e até transportadores de medicamentos para o interior do corpo humano.

São os hidróxidos duplos lamelares (HDL), materiais formados pelo empilhamento de camadas metálicas com íons positivos (cátions) alternadas com camadas de íons negativos (ânions). Os cátions podem ser divalentes ou trivalentes, o que significa que esses íons podem doar dois ou três elétrons, respectivamente, tornando-os muito interessantes para diversas aplicações, da aceleração de reações químicas à energia solar.

Ao enrolar esses materiais em escala nanométrica, produzindo formatos parecidos com um canudo de refrigerante microscópico, Alysson e seus colegas conseguiram aumentar radicalmente a área superficial do material, otimizando sua ação nas reações fotoquímicas. Além disso, os nanotubos podem abrigar diversos elementos e estruturas químicas e, por conseguinte, podem ser utilizados para conferir propriedades extras ao material.

Por exemplo, a equipe estava particularmente interessada em obter materiais luminescentes mais eficientes para captar energia solar, para utilização em sistemas fotoquímicos - geração de hidrogênio solar, por exemplo - ou fotovoltaicos - geração de eletricidade. Para isso, Alysson vinha usando flocos de HDL (hidróxidos duplos lamelares) dopados com íons de terras raras e inserindo um fotossensibilizador entre as camadas - o fotossensibilizador absorve a energia solar e a transfere de maneira eficiente para os íons de terras raras.

Mas o rendimento do material logo se mostrou um limitador.

"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 pontos quânticos [nanopartículas ou nanocristais de material semicondutor com diversas propriedades e inúmeras aplicações, como em tecnologias de emissão de luz]," explicou o professor Mustafá.

Embora não tão finos quanto os nanotubos de carbono, os nanotubos de hidróxidos lamelares podem conter cristais e estruturas químicas grandes, que lhes dão novas funcionalidades. [Imagem: Christine E. A. Kirschhock]

Nanotubos luminescentes

A fim de superar essa limitação de espaço, a equipe teve a ideia de estruturar o material na forma de nanotubos ocos e, dessa forma, acomodar estruturas maiores no interior deles, incluindo nanocristais luminescentes mais eficientes.

O processo desenvolvido consiste em utilizar um polímero como molde para que o HDL assuma a forma de um tubo. O polímero é removido ao final do processo. Com isso, foi possível produzir nanotubos cilíndricos de uma mistura de alumínio, zinco e európio. "Foi a primeira vez que se estruturou HDL na forma de nanotubos autossustentados," afirmou Mustafá.

A fim de explorar e melhorar as propriedades luminescentes (de emissão de luz) do material, os pesquisadores colocaram os nanotubos em contato com pontos quânticos de telureto de cádmio (CdTe), um composto químico formado por telúrio e cádmio que apresenta propriedades semicondutoras e fotovoltaicas. O resultado foi uma classe totalmente nova 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 Mustafá.

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

• Nanotubos perfeitos, inspirados na natureza

Bibliografia:

Hierarchical self-supported ZnAlEu LDH nanotubes hosting luminescent CdTe quantum dots
Alysson F. Morais, Ivan G. N. Silva, Sreeprasanth P. Sree, Fernando M. de Melo, Gert Brabants, Hermi F. Brito, Johan A. Martens, Henrique E. Toma, Christine E. A. Kirschhock, Eric Breynaert, Danilo Mustafa
Chemical Communications
DOI: 10.1039/C7CC02097J