Nanopartículas heterometálicas que contêm múltiplos íons metálicos alcançáveis ​​através da nova técnica

As nanopartículas de coordenação são uma classe única de materiais bidimensionais (2D) formados por ligações de coordenação entre ligantes orgânicos planares e íons metálicos. Esses nanomateriais 2D são cada vez mais utilizados em armazenamento de energia, dispositivos eletrônicos e como catalisadores baseados em eletrodos devido a suas excelentes propriedades eletrônicas, ópticas e redox e atividade catalítica.

Na última década, as nanopartículas de coordenação compostas por várias transições íons metálicoscomo íons de níquel (NI) ligados ao benzenexatiol (BHT) – um composto orgânico – foram sintetizados com sucesso em laboratórios. No entanto, sua produção se baseou em uma reação interfacial em duas fases que ocorre entre duas fases imiscíveis da matéria.

Além disso, a síntese seletiva de nanopartículas heterometálicas bem organizadas, contendo dois ou mais íons metálicos, provou ser difícil. Para abordar essas duas principais questões que limitam a produção de novas nanopartículas de coordenação, uma equipe de pesquisadores liderados pelo professor Hiroshi Nishihara, do Instituto de Pesquisa de Ciência e Tecnologia (RIST), Universidade de Ciência de Tóquio (TUs), Japão, realizou uma série de experimentos inovadores.

A equipe de pesquisa compreendeu Miyu Ito, um estudante de mestrado na TUs, os pesquisadores do projeto, Dr. Naoya Fukui e Dr. Kenji Takada, e o Dr. Hiroaki Maeda, professor da TUs. Suas descobertas foram publicadas on-line na revista Pequeno em 5 de maio de 2025, e selecionado como a capa da edição.

“Quando os íons ni são usados ​​na reação interfacial de duas fases, são obtidas estruturas porosas de Nickelladithioleno (NIDT) e NIBHT não porosas.

Os pesquisadores empregaram uma reação monofásica de NI²⁺ íons e BHT para formar soluções coloidais de nanopartículas de coordenação. Notavelmente, controlando a proporção molar de Ni²⁺ íons e BHT, os pesquisadores poderiam sintetizar seletivamente as nanopartículas de coordenação de interesse em uma reação monofásica. As nanopartículas de coordenação coloidal preparadas podem ser utilizadas ainda mais como tintas para revestir substratos ou eletrodos ou soluções para reações químicas subsequentes.

Para validar a utilidade das nanopartículas de coordenação em soluções coloidais, os pesquisadores revestiram o carbono vítreo (GC) com NIDT e NIBHT. Durante a análise eletroquímica subsequente, o NIDT mostrou uma ampla onda redox, indicando uma estrutura porosa, enquanto o NIBHT não poroso não mostrou uma onda redox no potencial correspondente. Os testes adicionais do eletrodo GC revestido com NIDT revelaram um alto potencial para a reação de evolução do hidrogênio como catalisador.

Inspirando -se em suas descobertas de pesquisa, a equipe sintetizou com sucesso coloidal nanosheet soluções contendo cobre (Cu) vinculadas ao BHT e zinco (Zn) vinculadas ao BHT. Além disso, adicionando CU²⁺ íons para a solução coloidal NIDT contendo BHT não reagido, eles foram capazes de gerar UTIN₂Bht nanoSoheets, onde o Cu²⁺ Os íons podem ser introduzidos nos poros de Nidt. Através de uma estratégia semelhante, as nanopartículas de coordenação do NIZN₂BHT, novos compostos foram preparados pela introdução de Zn²⁺ íons em solução coloidal NIDT.

Além de usar soluções coloidais, os pesquisadores voltaram sua atenção para uma reação de transmetalação – um tipo de reação organometálica em que os íons metálicos no centro de coordenação são substituídos por outros íons para produzir nanopartículas de coordenação heterometálica. Notavelmente, o primeiro passo da reação de transmetalation de NIBHT com Cu²⁺ íons metálicos resultaram em UTIN₂BHT NanoSoheets.

“UTIN₂O BHT possui alta condutividade e condutividade elétrica e pode ser utilizada em diversas aplicações eletrônicas. Isso mostra a superioridade da estrutura e as propriedades físicas das nanopartículas de coordenação heterometálica com uma estrutura definida “, afirma o Prof. Nishihara.

Tomados em conjunto, este estudo revela duas novas rotas de síntese para produzir nanopartículas de coordenação altamente condutiva em uma forma semelhante à tinta, que podem ser aplicadas posteriormente como revestimentos a vários substratos e usadas como reagentes químicos.

Prof. Nishihara conclui destacando as aplicações futuras da presente pesquisa: “A primeira tinta feita a partir de nanofetas de coordenação tornou possível produzir em massa usando-os usando Tecnologia de impressão e aplicá-los diretamente aos dispositivos, marcando um grande passo adiante em seu uso prático como flexível de próxima geração dispositivos eletrônicoscatalisadores de produção de hidrogênio e materiais de sensores “.

Graças aos pesquisadores de TUs, a promessa e o potencial de nanomateriais de baixo custo e alto desempenho podem ser realizados, levando a uma sociedade sustentável e com eficiência energética.