Nanocompósitos baseados em redes metalorgânicas de zinco como suportes de nanopartículas metálicas : catalisadores para produção de hidrogênio e agentes biocidas

Abstract

A nanotecnologia, como um campo emergente, é amplamente utilizada nas áreas de geração de energia limpa e saúde pública, que são problemas globais atuais e relevantes a serem resolvidos. Nesse sentido, as nanopartículas metálicas (MNPs) foram extensivamente estudados por suas propriedades magnéticas, eletrônicas, ópticas, antimicrobianas e catalítica. A manipulação de MNPs para criar novos materiais com propriedades físico-químicas específicas desejadas tem se mostrado promissora. A combinação de MNPs com um nanomaterial poroso, como Metal- Organic Framework (MOF), suprime o principal problema das aplicações de MNPs, que é a agregação decorrente das elevadas energias de superfície. O presente trabalho apresenta a síntese e caracterização de nanocompósitos baseados em MOFs de zinco, [Zn2(1,3-bdc)(Bzim)2] e [Zn(mim)], como suporte para incorporação de MNPs (M= Cu, Ag ou Au) a fim de evitar agregação e melhorar as propriedades com relação as suas contrapartes. Para essa prova de conceito foram utilizados os métodos Ship in bottle e One-pot. Os materiais sintetizados foram caracterizados por DRX, MEV, FTIR, ICP-OES, TGA e BET. As MNPs foram caracterizadas por espectroscopia de absorção na região do UV-visível. A incorporação de MNPs pelos métodos utilizados não alterou a estabilidade e características cristalinas estruturais dos nanomateriais. Os nanocompósitos OP:AuNPs@Zn(mim) e OP:AgNPs@Zn(mim) se destacaram como catalisadores por apresentarem excelentes atividades catalíticas na hidrólise de NH3BH3, com elevadas taxas de geração de hidrogênio (1979,53 mL min-1 gAu-1 e 3352,71 mL min-1 gAg-1) e alta eficiência (69,16 % e 98,5%). As energias de ativação foram 19,6 KJ.mol-1 para OP:AuNPs@Zn(mim) e 38,13 kJ.mol-1 para OP:AgNPs@Zn(mim), que são menores do que para a maioria dos catalisadores contendo Au/Ag-MOF usados na hidrólise de NH3BH3 descritos em a literatura. Além disso, esses catalisadores revelaram boa estabilidade e reutilização, preservando 71,42 %, OP:AuNPs@Zn(mim), e 88,23 %, OP:AgNPs@Zn(mim), de suas atividades catalíticas iniciais após cinco ciclos. Como agentes biocidas, o suporte Zn2(1,3-bdc) (Bzim)2 impediu efetivamente a agregação de MNPs e as propriedades bactericidas dos nanocompósitos foram aprimoradas em até treze vezes em relação à nanopartícula sem o suporte metalorgânico e de até dezesseis vezes maior do que o antibiótico amoxicilina. Portanto, os materiais aqui apresentados se mostraram excelentes candidatos para produzir hidrogênio a partir de NH3BH3, em particular, OP:AgNPs@Zn(mim), com a combinação do método de síntese simples, baixa temperatura de reação, solvente ecologicamente correto, baixo teor de MNPs, custo relativamente baixo e condições moderadas de desidrogenação. Sob outra perspectiva, os nanocompósitos do suporte Zn2(1,3-bdc) (Bzim)2 com AgNPs e CuNPs se mostraram promissores como agentes biocidas, sendo mais econômicos e com baixo teor de MNPs.