Nome do Projeto
Síntese e Caracterização de Sílicas Mesoporosas Modificadas com Porfirinas
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/09/2021 - 31/08/2023
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Nas últimas duas décadas, o interesse por sílicas com estrutura de poros ordenados cresceu muito devido à possibilidade de obter materiais com elevada superfície específica e porosidade. As sílicas com estrutura de poros ordenados foram reportadas inicialmente nos anos 90 por pesquisadores da empresa Mobil e foram denominadas MCM (Mobil Composition of Matter). No final dos anos 90, foi reportada uma nova série de materiais ordenados, denominada SBA (Santa Barbara Amorphous Materials), com poros mais largos e maior estabilidade térmica. Dentre os métodos existentes para síntese de sílicas, o processo sol-gel é o mais utilizado, pois permite que as sílicas sejam sintetizadas em condições mais brandas, além de permitir o controle das propriedades texturais do material. Os materiais do tipo MCM e SBA são obtidos a partir da auto-organização de moléculas orgânicas de surfactantes, que atuam como template na formação dos poros na sílica. Assim, o precursor de sílica se deposita sobre a fase orgânica e pelo processo sol-gel ocorre a formação da fase inorgânica. As espécies orgânicas que servem como direcionadores na formação dos poros são posteriormente removidas por calcinação, dando origem a uma rede tridimensional e estruturada de sílica porosa. MCM e SBA são sílicas nanoestruturadas que se caracterizam por apresentar elevada superfície específica, grande volume de poros e estreita distribuição do diâmetro destes poros. De acordo com a IUPAC, são classificadas como materiais mesoporosos, ou seja, apresentam poros com diâmetro médio entre 2 e 50 nm. A modificação química da superfície dos materiais mesoporosos com compostos orgânicos ou inorgânicos tem sido realizada com o objetivo de melhorar as propriedades químicas destes materiais e assim, aumentar a sua eficiência e a gama de aplicações. A maioria das aplicações dos materiais nanoestruturados à base de sílica tem focado na área de catálise, com a modificação da superfície por espécies metálicas ou organometálicas. Recentemente, estas sílicas têm sido modificadas também para aplicações como veículos em drug delivery, como adsorventes de compostos poluentes, como sensores e biosenssores. Na literatura, tem sido relatado frequentemente o uso de sílicas nanoestruturadas modificadas com metaloporfirinas para aplicações como catalisadores e como sensores. As porfirinas são macrociclos aromáticos tetrapirrólicos que apresentam grande interesse devido às suas propriedades fotoquímicas. Em 2018, nosso grupo de pesquisa publicou um trabalho utilizando metaloporfirinas de Cu(II) imobilizadas em sílicas nanoestruturadas do tipo MCM-41. A sílica modificada foi adicionada a um eletrodo de pasta de carbono e aplicado na determinação de oxigênio em soluções aquosas. O eletrodo modificado com o material apresentou um alto desempenho na redução eletroquímica do oxigênio, permitindo assim o seu uso como sensor na determinação de oxigênio.

Objetivo Geral

O presente projeto de pesquisa tem como objetivo principal sintetizar sílicas nanoestruturadas e modificá-las com porfirinas ou outras moléculas para que estes materiais possam ser empregados como catalisadores, sensores ou adsorventes em diversas áreas de interesse.

Justificativa

A imobilização de espécies orgânicas ou inorgânicas em sílicas mesoporosas apresenta uma série de vantagens, atribuídas em grande parte as suas propriedades texturais, como a elevada área específica, o grande volume de poros e a estreita distribuição do diâmetro dos poros. As propriedades texturais podem ser controladas durante a síntese do material pelo processo sol-gel, o que permite o desenvolvimento de materiais com as especificações desejadas para cada aplicação. O grupo de pesquisa tem estudado o uso de metaloporfirinas imobilizadas sobre sílicas mesoporosas como sensores eletroquímicos e observou que a modificação prévia das sílicas permitiu a adsorção de uma quantidade maior de metaloporfirinas na superfície, além de uma maior dispersão destas na superfície. A dispersão reduz os efeitos de agregação que ocorrem entre as espécies porfirínicas e que levam a uma perda de eficiência do material para a aplicação desejada como sensor eletroquímico. Assim, o grupo de pesquisa gostaria de continuar os estudos que têm sido realizados nesta área, com porfirinas e outras moléculas imobilizadas em sílicas mesoporosas.

Metodologia

Inicialmente, serão sintetizadas sílicas mesoporosas pelo processo sol-gel, empregando precursores inorgânicos e substâncias porogênicas como template para formação dos mesoporos. As sílicas sintetizadas serão caracterizadas para verificar se houve efetivamente a síntese de um material mesoporoso. Parte da caracterização será realizada em colaboração com professores da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). As sílicas mesoporosas serão modificadas com porfirinas ou outras moléculas de interesse e caracterizadas com as técnicas disponíveis. Finalmente, as sílicas modificadas serão testadas como catalisadores, sensores ou materiais adsorventes por nosso grupo de pesquisa ou por colaboradores.

Indicadores, Metas e Resultados

Espera-se com este projeto contribuir para a formação de recursos humanos na área de Química Inorgânica, qualificando-os principalmente para a síntese de novos materiais que possam impulsionar o desenvolvimento científico e tecnológico. Alunos de Iniciação Científica e Pós-Graduação irão desenvolver seus trabalhos nas várias etapas do processo, que compreendem a síntese, a modificação, a caracterização e a aplicação do material objeto deste projeto. Sempre que possível, os resultados serão divulgados para a comunidade científica na forma de trabalhos em eventos especializados da área e artigos científicos em revistas indexadas.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ALDELAINY MENEZES DA SILVA
DANIELA BIANCHINI4

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