Síntese fotoquímica, caracterização e aplicação em sensores de nanocompósitos de óxido de grafeno e nanopartículas de prata

Abstract

A busca por novas rotas de síntese e aplicações de nanopartículas de prata (AgNP) têm sido um relevante objeto de estudo nos tempos atuais. Destaca-se o grande potencial de utilizar tais materiais e suas propriedades únicas para, por exemplo, intensificar o espalhamento RAMAN (efeito SERS) ou promover a modificação de eletrodos a fim de aprimorar o poder de detecção de sensores eletroquímicos. Diferentemente dos métodos tradicionais de produção via síntese química, que se apropriam do uso de reagentes químicos redutores com relativa toxicidade, o presente trabalho propõe a síntese fotoquímica de nanocompósitos de óxido de grafeno (OG) e nanopartículas de prata (AgNP) visando explorar as aplicações no desenvolvimento de sensores modificados e no efeito SERS. A estratégia desenvolvida para a obtenção dos nanocompósitos consistiu de três etapas sequenciais: i) carboxilação do OG; ii) modificação de OG carboxilado (OG-COOH) com o polímero hidrossolúvel poli(etileno imina) (LPEI); iii) redução fotoquímica de íons Ag+ na presença de OG-LPEI para obtenção do nanocompósito OG-LPEI/AgNP na forma de suspensões aquosas. A redução dos íons Ag+ para obtenção da fase AgNP foi conduzida com radiação UV (254 nm), portanto, dispensando o uso de agentes químicos redutores e, consequentemente, mitigando os eventuais impactos negativos ao homem e ao meio-ambiente. A estrutura e a morfologia dos nanocompósitos produzidos foram caracterizadas por espectroscopias no UV-Vis, infravermelho e Raman, microscopia eletrônica de transmissão e espalhamento dinâmico de luz. As sínteses foram conduzidas sob diferentes tempos de irradiação e para razões molares [LPEI]/[Ag+ ] iguais a 5, 10, 20 e 100. A formação das AgNP pôde ser visualmente comprovada pela alteração da coloração das suspensões após a irradiação, de bege para amarelo, assim como pelo aparecimento da banda de absorção nas regiões de 400 – 430 nm, característica da ressonância dos plasmons de superfície das AgNP. Para fins de controle, as sínteses também foram conduzidas utilizando apenas LPEI, OG-COOH e uma mistura de ambos, sem a funcionalização. Foi observado que a funcionalização do OG-COOH com LPEI acelera a fotorredução e aumenta a quantidade formada de AgNP em relação aos materiais individuais ou da mistura dos mesmos. As imagens de microscopia revelaram que as AgNP são de formato aproximadamente esférico, com tamanho variando entre 6 nm e 172 nm, e estão adsorvidas sobre as folhas de OG. Por fim, as nanopartículas de prata estabilizadas apenas por poli(etileno imina) apresentaram propriedades promissoras para a detecção de bisfenol A e bisfenol S a partir do efeito SERS.