Pesquisa do CDMF aponta eficácia de nanotubos de nitreto de boro na detecção de gás Sarin

Pesquisa do CDMF aponta eficácia de nanotubos de nitreto de boro na detecção de gás Sarin

Resultados podem auxiliar no desenvolvimento de sensores de gases neurotóxicos

IDN – BRASIL

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O pesquisador Jeziel Rodrigues dos Santos, doutorando no Programa de Pós-Graduação em Química da Universidade Federal de São Carlos (PPGQ – UFSCar) e integrante do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), é o autor principal do artigo “Theoretical study of sarin adsorption on (12,0) boron nitride nanotube doped with silicon atoms”, publicado no periódico científico Chemical Physics Letters.

O gás Sarin é um dos agentes de ação neurotóxica mais letais já desenvolvido para utilização na guerra. Embora tenha sido considerado arma de destruição em massa com produção e armazenamento proibidos por uma Resolução da ONU de 1993, em vários momentos recentes a utilização desse gás foi identificada, como em alguns conflitos no Iraque e na Síria e em atentados terroristas no Japão.

Diante disso, o desenvolvimento de instrumentos eficientes de detecção desse gás é fundamental para a prevenção de ataques e para identificação de áreas contaminadas. Com o objetivo de avançar no conhecimento de sensores químicos com tal propósito, a pesquisa desenvolvida por Santos demonstra, por meio da simulação e da modelagem molecular, a eficácia de nanotubos de nitreto de boro da detecção do Sarin.

Como já se tem conhecimento na literatura, o nitreto de boro hexagonal (forma geométrica mais estável) é um material isolante, ou seja, possui um alto valor de band gap. A partir dessa constatação, Santos conta que o primeiro passo foi investigar as modificações estruturais e eletrônicas resultantes da dopagem do material com átomos de Si (silício), um semicondutor também já conhecido da literatura.

De acordo com o pesquisador, os resultados encontrados na pesquisa apontaram que a dopagem não produz mudanças estruturais significativas. “Entretanto, afeta drasticamente as propriedades eletrônicas do material, e essa mudança proporciona um notável deslocamento no Orbital HOMO (orbital molecular de maior energia ocupado por elétrons), que faz com que o material dopado se torne um bom semicondutor”, revela.

Em um segundo momento, a pesquisa se direcionou para verificação da capacidade sensitiva do material, fazendo um comparativo entre as suas formas pura e dopada. Os resultados mostraram que o material puro não possui capacidade sensora para organofosforados, grupo ao qual o Sarin pertence. Já para os nanotubos dopados, houve forte interação, mostrando assim uma alta capacidade sensitiva para organofosforados.

“Esses resultados ficaram ainda mais evidentes após a predição teórica do band gap, mostrando que houve novamente o deslocamento de orbital, tanto do orbital HOMO quanto do Orbital LUMO (orbital molecular de menor energia ainda não ocupado por elétrons) , de forma que os orbitais LUMO se localizaram nos átomos de boro, enquanto o orbital HOMO deslocou-se para a molécula adsorvida. É válido ressaltar que a perda da capacidade sensitiva foi feita por meio da relação clássica entre o band gap e a condutividade”, completa Santos.

Dessa forma, os resultados teóricos apontaram que os nanotubos de nitreto de boro dopados com átomos de Si (silício), podem atuar de forma eficaz no sensoriamento de gases neurotóxicos e que podem ser recuperados por processos químicos ou físicos uma vez que as regiões dos orbitais de fronteira estão concentradas e espécies químicas diferentes. Esses resultados podem auxiliar futuros trabalhos experimentais no desenvolvimento de novos sensores químicos.

A metodologia deste trabalho foi dividida em duas partes, a Modelagem Molecular e os Cálculos Quânticos. Posteriormente, os resultados obtidos foram tratados por meio de cálculos da Teoria da Densidade Funcional (DFT) que já foram validados para análises de sensores semicondutores. Também são autores do artigo os pesquisadores Elson Longo, Osmair Vital de Oliveira e José Divino dos Santos.

O artigo está disponível no repositório do CDMF. Clique AQUI.

CDMF

O CDMF é um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepids) apoiados pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), e recebe também investimento do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a partir do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Materiais em Nanotecnologia (INCTMN).

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