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Os químicos da Rice University descobriram que minúsculas partículas de “semente” de ouro, um ingrediente-chave em uma das receitas de nanopartículas mais comuns, são iguais às fulerenos de ouro, moléculas esféricas de 32 átomos que são primas das fulerenos de carbono descobertas em Rice em 1985.
As 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 lembrou das cúpulas geodésicas do arquiteto Buckminster Fuller, e a família “fulereno” 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 apenas alguns meses após a primeira síntese relatada de fulerenos de ouro e revelou que os químicos estavam usando as moléculas de ouro sem saber por décadas.
“O que estamos falando é, sem dúvida, o 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. Alunos do ensino médio podem fazer isso.”
Jones, Qiao e os co-autores da Rice, Johns Hopkins University, George Mason University e Princeton University passaram anos compilando evidências para verificar a descoberta e publicaram recentemente seus resultados em Natureza Comunicações.
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 pode ajudar os químicos a descobrir os mecanismos dessas sínteses.
“Esse é o grande quadro 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 muitas formas de nanopartículas de ouro, incluindo bastões, cubos e pirâmides.
“É realmente atraente poder controlar a forma das partículas, porque isso muda muitas das propriedades”, disse Jones. “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 estavam procurando ouro-32 em 2019, mas o notaram em leituras de espectrometria de massa. A descoberta de fulerenos de carbono 60 aconteceu de maneira semelhante. E as coincidências não param por aí. Jones é o professor assistente Norman e Gene Hackerman em química na Rice. Smalley, que dividiu o Prêmio Nobel de Química de 1996 com Robert Curl, da Rice, e Harold Kroto, do Reino Unido, foi cadeira Hackerman em química na Rice por muitos anos antes de sua morte em 2005.
A confirmação de que as sementes amplamente usadas eram moléculas de ouro-32 em vez de nanopartículas levou anos de esforço, incluindo imagens de última geração do grupo de pesquisa de Yimo Han em Rice e análises teóricas detalhadas dos grupos de Rigoberto Hernandez na Johns Hopkins e Andre Clayborne em George Mason.
Jones disse que a distinção entre nanopartícula e molécula é importante e uma chave para entender 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 10.000 átomos, mas outras podem ter 10.023 ou 9.092.
“As moléculas, por outro lado, são perfeitas”, disse ele. “Eu posso escrever uma fórmula para uma molécula. Eu posso desenhar uma molécula. E se eu fizer uma solução de moléculas, elas são todas exatamente iguais em número, tipo e conectividade de seus átomos.”
Jones disse que os nanocientistas aprenderam a sintetizar muitas nanopartículas úteis, mas o progresso geralmente ocorre por tentativa e erro porque “não há praticamente nenhum entendimento 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 dizer o que são’. Mesmo se você tiver uma receita, se não souber quais são os materiais iniciais, é 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 primoroso sobre a matéria “porque os químicos antes deles fizeram um trabalho mecanicista incrivelmente detalhado para entender todas as formas precisas pelas quais essas reações operam. Estamos muito, muito longe disso em nanociência, mas a única maneira de chegar lá é fazendo um trabalho como este e entendendo, mecanicamente, com o que estamos começando e como as coisas se formam. Esse é o objetivo final.”
A pesquisa foi apoiada pela Welch Foundation (C-1954, C-2065), Packard Foundation (2018-68049), National Science Foundation (2145500, 1842494, 2001611, 090079, 1920103, 1625039, 2018631, 2011750) e Rice Universidade.
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