Preparação, caracterização e aplicação de membranas de celulose contendo nanopartículas bimetálicas de ouro e prata

Abstract

Nos últimos anos, as nanopartículas bimetálicas (BNPs) têm atraído grande interesse devido às suas propriedades ópticas, eletrônicas e catalíticas superiores em relação às nanopartículas monometálicas. Entre as BNPs, as nanopartículas de ouro e prata destacam-se por suas aplicações em diversas áreas, como em biossensores e catalisadores. A eficácia dessas nanopartículas pode ser aumentada quando elas são suportadas em matrizes poliméricas, pois a agregação é evitada. Neste contexto, o presente trabalho focou na preparação de membranas de celulose não modificada contendo nanopartículas bimetálicas de ouro e prata (AuAgNPs). As nanopartículas foram preparadas em meio aquoso a partir do crescimento semeado de uma casca de prata ao redor de nanopartículas de ouro previamente preparadas. As imagens registradas no microscópio de transmissão mostraram que as partículas possuem tamanho inferior a 40 nm e são do tipo "core-shell", com o núcleo de ouro e a casca de prata. Essas nanopartículas de AuAgNP foram utilizadas na detecção colorimétrica de cisteína, sendo mais eficientes (maior sensibilidade) na detecção desse aminoácido do que as nanopartículas monometálicas de ouro. As membranas foram preparadas a partir da dissolução de celulose microcristalina em cloreto de 1-butil-3-metilimidazólio (BMImCl) seguido pelo processo de regeneração com água. Em seguida, as nanopartículas bimetálicas foram incorporadas na membrana de celulose. As análises indicaram que as membranas contêm nanopartículas bimetálicas distribuídas homogeneamente em celulose tipo II. As membranas produzidas foram eficientes catalisadores heterogêneos na redução do 4-nitrofenol, podendo ser utilizadas por pelo menos quatro ciclos sem perda de eficiência. Além disso, essas membranas tiveram atividades catalíticas superiores em comparação com as membranas contendo as nanopartículas monometálicas de ouro. O catalisador preparado neste estudo tem a vantagem de ser facilmente isolado do meio reacional, evitando processos de centrifugação ou filtração para isolamento e reutilização.

Bimetallic nanoparticles (BNPs) have been a target of great interest in recent years, due to the fact that their optical, electronic, and catalytic properties are better than monometallic nanoparticles. The efficacy of these nanoparticles can be enhanced when they are supported on polymeric matrices, as aggregation is avoided. In this context, the present work focused on the preparation of unmodified cellulose membranes containing bimetallic gold and silver nanoparticles (AuAgNPs). The nanoparticles were prepared in an aqueous medium from the seeded growth of a silver shell around previously prepared gold nanoparticles. The images recorded in the transmission microscope showed that the particles are smaller than 40 nm and are “core-shell” type, with a gold core and a silver shell. These AuAgNP nanoparticles were used in the colorimetric detection of cysteine. The bimetallic nanoparticles were more efficient (greater sensitivity) in the detection of this amino acid than the monometallic gold ones. Membranes were prepared by dissolving microcrystalline cellulose in 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMImCl) followed by the regeneration process with water. Then the bimetallic nanoparticles were incorporated into the cellulose membrane. The analyzes indicated that the membranes contain bimetallic nanoparticles homogeneously distributed in type II cellulose. The produced membranes were efficient heterogeneous catalysts in the reduction of 4-nitrophenol and could be used for at least four cycles without loss of efficiency. These membranes had higher catalytic activities than the membranes containing monometallic gold nanoparticles. The catalyst prepared in this study has the advantage of being easily isolated from the reaction medium, avoiding centrifugation or filtration processes for isolation and reuse.