Processos químicos ganham a nanociência como aliada

Publicado em Especial por em

Foto: Marcos Santos / USP Imagens
Foto: Marcos Santos / USP Imagens
Nanomateriais produzidos no Instituto de Química

O processo químico conhecido como catálise está mais presente no cotidiano do que se costuma imaginar. A produção da maioria dos materiais químicos recorre ao processo catalítico para aumentar a velocidade das reações envolvidas. Os nanomateriais, por sua vez, entram para dar uma turbinada no processo todo, já que elevam a velocidade da catálise ou a reatividade química.

Isso acontece porque a propriedade catalítica aumenta conforme a diminuição do material, já que a superfície de contato entre os reagentes é ampliada.

Este é apenas um exemplo da funcionalidade dos nanomateriais – estruturas de ordem nanométrica que só podem ser enxergadas com o auxílio de microscópios poderosos. Suas características especiais, diretamente ligadas ao seu tamanho, podem ser empregadas com diversos fins, particularmente nas áreas de mecânica, óptica, eletrônica, química e bioquímica.

No Instituto de Química (IQ) da USP, o professor Pedro Henrique Camargo Cury tem trabalhado no desenvolvimento de nanomateriais que possam ser usados nas áreas de catálise, plasmônica e geração de energia. O professor também é um dos participantes do Núcleo de Apoio à Pesquisa em Nanotecnologia e Nanociências (NAP-NN) da USP.

O grupo por ele liderado é formado por alunos de pós-doutorado, doutorado, mestrado e iniciação científica, interessados, principalmente, no desenvolvimento de materiais metálicos com características físico-químicas controláveis. Como exemplos estão o ouro, a prata e a platina. Os parâmetros básicos estudados são o tamanho, a forma e o tipo de superfície, investigando-se como tais materiais podem mudar as propriedades de uma estrutura.

Aplicações

Se mesmo em laboratório as nanotecnologias ainda precisam superar alguns desafios, é fato que a produção e aplicação em larga escala envolve ainda mais dificuldades. A transição do laboratório para a indústria requer métodos assertivos de produção de nanomateriais  –  que possam ir “direito ao ponto” – algo complexo quando pensamos em grandes volumes.

Gradualmente, porém, a equipe do Instituto de Química tem demonstrado aplicações que são passíveis de chegar ao mercado. Em funcionamento há três anos, o laboratório de Cury já conseguiu alcançar uma série de avanços. O grupo desenvolveu, por exemplo, uma variedade de monomateriais bimetálicos de prata, prata-ouro, prata-paládio e prata-platina para uso em reações catalíticas. A vantagem é que as propriedades dos bimetálicos podem ser potencializadas devido à combinação de sinergismos dos seus componentes.

box_plasmonicaEm relação à plasmônica [veja box ao lado], os estudos se debruçaram sobre a aplicação em procedimentos que são catalisados (ou cuja catálise é intensificada) pela propriedade plasmônica, devido à irradiação de luz. Assim, a luz é usada como fonte limpa e abundante de energia para aumentar a eficiência dos processos químicos.

Foram desenvolvidos, ainda, materiais que podem ser usados como eletrocatalisadores para a reação de oxidação de etanol, com forte apelo econômico ligado ao preço das células combustíveis.

Outro processo que pode ser otimizado pelos nanomateriais, objeto de estudo pelo grupo, é o desenvolvimento de sensores capazes de detectar moléculas em baixos níveis de concentração no sangue, identificando doenças antes mesmo que elas apareçam nos exames tradicionais.

Engrossam a lista quase infinita de aplicações possíveis para os nanomateriais analisados no IQ os equipamentos de segurança que utilizam o reconhecimento biométrico.

Por fim, Cury destaca a importante parceria do laboratório com a Universidade de Manchester, na Inglaterra. O carro chefe é a caracterização avançada de nanomateriais através da técnica de microscopia eletrônica. O método possibilita que os nanomateriais sejam vislumbrados de forma total e com maior clareza de detalhes.

Meio ambiente e indústria

Foto: Divulgação
Foto: Divulgação

O grupo do professor Cury trabalha fundamentalmente com novas tecnologias, mas há uma grande preocupação com o meio ambiente. Para ele, os projetos na área devem unir “o melhor dos dois mundos”.

Assim, todas as formas de desenvolvimento de nanomateriais estudadas têm como premissa a obtenção de resultados os mais sofisticados e complexos possíveis, usando as rotas mais acessíveis.

Neste sentido, o grupo prioriza o uso da água como solvente em todos as pesquisas. Além disso, busca realizar a síntese das reações químicas em temperatura ambiente – ou a mais baixa possível – e desenvolve métodos que possam simplificar os processos, tornando-os economicamente atrativos para o uso industrial.

Os ganhos nas propriedades e possibilidades de aplicações em produtos, garante Cury, podem tornar o uso dos nanomateriais extremamente rentável. Após sua efetiva implantação e desenvolvimento, o custo total iria diminuir, e o resultado seria ambientalmente amigável. Os chips de computadores são lembrados pelo docente como exemplo: no início da microeletrônica tinham preços caríssimos, e hoje estão bem mais baratos e presentes em uma infinidade de equipamentos.

Leia mais:

nano001nano002nano003nano004nano005nano006nano007
.